掘进巷道冒顶区域注浆封堵充填加固技术

2020-07-03李晓林

煤 2020年6期

李晓林，王鑫

(山西新元煤炭有限责任公司，山西阳泉 045000)

1 工程背景

阳煤集团新元煤矿9号煤三采区位于3号煤一采区正下方，3号煤一采区已开采结束，采空区有少量积水，层间距平均45 m，可能通过底板导水裂隙以淋头水方式进入下层9号煤掘进巷道内。9301进风巷设计长度3 500 m，9301配风巷设计长度3 350 m，巷道沿9号煤层由西北向东南方向掘进，煤层均厚2.36 m，平均倾角5°，煤层埋藏深度为490 m，直接顶以泥岩为主，均厚2.5 m，老顶以砂质泥岩为主，均厚5.6 m，直接底和老底基本以厚层砂质泥岩为主。工作面采掘平面布置如图1。

9301进风巷和配风巷采用双巷掘进方式，巷道断面为矩形，宽×高=5.2 m×3.2 m，采用锚杆+锚索+金属网+钢带联合支护方式，顶板每排布置6根锚杆，间排距为900 mm×1 100 mm；每2排锚杆间打设1排锚索，每排布置4根，锚索间排距为1 400 mm×1 100 mm。巷道两帮均每排布置3根锚杆，锚杆间排距为1 000 mm×1 100 mm；帮锚索呈3花在每2排帮锚杆间交替布置，排距为1 100 mm。锚杆选用D22 mm×2 400 mm的螺纹钢锚杆，锚索为D21.6 mm×8 300 mm的钢绞线锚索。

9301进风巷开口掘至460 m时，通过矿压观测显示，顶板压力增大，顶板支护改为全锚索支护，缩小排距至900 mm，并支设T型棚。当掘至480 m时，掌头右帮顶板垮落，垮落为泥岩碎石块并含有少量淋头水，该位置正处于上层3号煤一采区开采结束后遗留煤柱压力叠加区，顶板破碎，支护困难，故退机30 m，开联络横贯，掘进9301配风巷，掘进至9301进风巷顶板垮落水平位置时，顶板压力增大，但并未出现顶板垮落现象，故通过煤柱叠加区50 m后开联络横贯，返掘9301进风巷，掘至距9301进风巷正前垮落处10 m位置时停掘，采取注浆封堵加固顶板。

2 施工工艺

贯通方向从9301进风巷返头向正前施工。贯通前先在9301进风巷正前垒墙注高水材料封堵正前。返头施工钻孔，注水泥浆充填垮落区域，待注浆带压后，停止注浆，施工中空注浆锚杆，注化学浆加固冒顶区域。最后缩小排距支护并支棚通过，直至贯通。如图2所示。

2.1 正前垒墙注浆充填

在9301进风巷正前冒顶区域向西3 m的位置垒规格为：宽×高×厚为5.2 m×3.5 m×0.24 m的墙体，墙体顶部采用封堵材料封闭，在墙体外面0.2 m位置支设5根内柱式单体液压支柱，间距为1.2 m，然后用半圆木将墙体与单体液压支柱背紧，在墙体内注高水材料充填冒顶区。

注浆管选用D32 mm高压胶管，钻机气动注浆泵型号为2ZBQ210/4。注浆材料选择高水材料，分甲、乙两种主料，加甲、加乙两种配料[1-2]。质量配比为：甲料∶乙料∶加甲料∶加乙料=10∶10∶1∶1。

图2 注浆封堵、充填、加固设计(mm)

2.2 返头注水泥水玻璃浆充填

根据现场打钻确定冒顶高度大约5.9～6 m。在9301进风巷返头，用钻头直径为42 mm的MQT-130气动锚索钻机分别向冒顶区最高点、中部、底部施工3组钻孔，钻孔与巷道顶板的夹角分别为：30°、20°、5°，每组钻孔包含3个钻孔，钻孔间距为1 600 mm、深度为13 000 mm。注普通硅酸盐水泥+水玻璃双液浆，水灰比为0.7∶1，水泥、水玻璃配比为1∶(0.2-0.3)，注浆管选择直径为20 mm的铁管，压力达到2～4 MPa的时候停泵(压力根据现场情况确定)。

2.3 贯通区注浆锚杆化学浆加固

9301进风巷正前、返头充填工作完毕后，在返头按照30°的角度向上施工1排共计5套注浆锚杆加固，每套注浆锚杆长度为13 000 mm，间距1 100 mm。此次加固是为上述两次充填后局部裂隙未充填实而采取的[3-4]。

施工机具选择钻头直径为42 mm的ZLJ-750矿用坑道钻机1台、YT-28风钻1台，2ZBQ-5/15型气动双液注浆泵1台。注浆材料为化学浆，膨胀倍数1.02，水灰比1∶0.5～1∶1。

2.4 巷道贯通全锚索支护

前期充填加固结束后，凝固48 h，开始从9301返头掘进，支护工艺为全锚索支护，锚索长度变更为10 300 mm，排距为600 mm，并支设T型棚。

3 注浆加固效果

巷道贯通过程中，未出现顶板破碎及垮落现象，顺利贯通。顶锚索拉力都达到51 MPa，满足支护质量要求。在贯通施工期间安设了1组观测站，通过3个月的连续观测，结果表明：巷道左帮最大形变量为26 mm，右帮最大形变量为22 mm，两帮累计移近量为48 mm，巷道顶板最大下沉量为23 mm，注浆加固达到了预期效果，保证了巷道的安全。