沿底掘留厚顶煤顺槽巷道围岩控制技术

2020-08-07赵玺

山东煤炭科技 2020年7期

赵玺

（山西高河能源有限公司，山西长治 047100）

1 工程概况

高河矿现开采3 号煤层，平均厚7.45m，煤层倾角为2～9°。煤层伪顶为砂质泥岩，厚0.5m；直接顶为砂质泥岩-泥岩，厚16.0～16.6m。W1302 回风顺槽为矩形断面，掘宽5300mm，掘高3550mm，沿3#煤层底板掘进，位于高河背斜西侧，巷道埋深403～445m。W1302 回风顺槽总长523.5m，东接W1303 回风顺槽运输联巷，向北距W1303 回风顺槽帮-帮30m，南面为W1302 采煤工作面，西接W1302 工作面切眼（未掘）。根据地面瞬变电磁勘探情况，W1302 回风顺槽预计在里程157m 处，左帮揭露Xw6 陷落柱，影响距离预计28m 长。

由巷道顶板岩层情况可知，巷道顶板锚杆支护在顶煤内，锚索锚固于上部直接顶内，顶煤和泥岩顶板稳定性均较差，给巷道顶板维护带来很大的困难。巷道掘进揭露陷落柱，加大了巷道围岩控制难度。

2 巷道支护方案

2.1 临时支护及装置

（1）顶板临时支护及装置

掘进后巷道顶板采用前探梁无缝钢管[1-2]进行临时支护，主要包括前探梁、吊环、防退销、接顶大板、防退链等。如图1 所示。

图1 前探梁临时支护示意图

① 前探梁：使用3 寸无缝钢管（δ=7mm）制作，长度4.5m。每根前探梁上打设3 组防退孔，每组打设3 个，直径为26mm，孔间距为150mm，前端打设2 个固定孔，直径为26mm，孔间距为300mm。（26mm 的防退孔、固定孔用2mm 厚100mm 长的钢管镶嵌在3 寸钢管内焊接牢固，以此来加强钢管的强度）。

② 吊环：使用Φ22mm 螺纹钢加工制成，吊环上焊接配套的内径为22mm、长60mm 的带内丝套筒，套筒两侧焊接10mm 厚的钢板，共加工9 个。

③ 接顶大板：长×宽×厚=3500×300×50，共加工5 块。

④ 防退链：使用不小于Φ6mm 铁链加工，链长不小于500mm，一端焊接在吊环上，另一端焊接在防退销上。

（2）迎头防片帮装置

迎头护帮使用1 根1 寸5.0m 长的无缝钢管（运输联巷5.3m），钢管上每250～300mm 焊接弯钩，并在钢管两头及中间使用Φ22mm 螺纹钢（带螺纹）焊接。将螺纹穿过前探梁钢管孔内，上紧螺帽。使用聚酯纤维增强塑料网护帮，塑料网规格为长5.0m（运输联巷长5.3m），宽2.0m，网格39×39mm。将网片挂在1 寸管上的挂钩上，网片下方使用DN100mm 管加工成长300mm 的吊坠共3 个，吊挂时平均分布于网片下方。如图2 所示。

图2 巷道掘进迎头护帮支护正视图

2.2 永久支护

（1）顶板支护

巷道采用锚杆支护[2-3]。顶板每排7 根锚杆，间排距为800×1000mm；中部锚杆垂直顶板施工，顶角锚杆距帮250mm，外斜20°打设；采用树脂加长锚固，CK2335 和Z2360 型锚固剂各1 支。锚索间排距为1400×1000mm，每排3 根，中间锚索可滞后迎头80m 打设；采用树脂加长锚固，1 支CK2335 和2 支Z2360 锚固剂；在联巷、硐室等开口处顶板距帮500mm 处打设一排锁口锚索，间距为1000mm。网片采用对接方式（顶帮搭接100mm），联网间距100mm。

（2）两帮支护及预留抹角支护

煤柱侧巷帮每排布置5 根锚杆，间排距为800×1000mm；中间锚杆水平布置，帮顶角锚杆距顶200mm，上斜20°；帮底角锚杆距底板150mm，下斜10°。煤体侧巷帮每排布置4 根锚杆，间排距1000×1000mm，锚杆施工角度同煤柱侧，帮顶角锚杆距顶300mm，帮底角锚杆距底板250mm。煤柱侧巷帮上部梯子梁与下部梯子梁搭接使用，并采用铅丝网护表，上部规格为2000×1100mm，下部规格为1800×1100mm；煤体侧巷帮上部梯子梁与下部井字托盘独立使用，采用规格为3600×1100mm 塑料网护表。巷道支护如图3 所示。

图3 巷道锚杆支护示意图

3 破碎围岩注浆加固方案

在巷道掘进过程中，揭露陷落柱区域及遇到局部区域存在围岩破碎、胶结性差等问题时，需对巷道围岩进行注浆加固，注浆加固主要针对巷道破碎顶板[4]。

3.1 钻孔布置

在顶板破碎区域施工注浆加固钻孔，注浆加固钻孔布置在两排锚杆钻孔之间，与其平行布置，每排3 个钻孔，排距为3m。先施工中部的注浆加固钻孔并进行注浆，之后在巷道顶板距两帮500mm各打设一个注浆钻孔，并进行注浆。注浆钻孔朝向巷道迎头方向，与顶板成45°夹角打设，钻孔直径42mm，孔深5m。

3.2 注浆工艺及参数

（1）注浆加固材料采用晋安加固1 号，为A、B 双液材料，两种材料以体积比1:1 进行注浆。

（2）在进行注浆加固前，首先进行注水试验，并检查管路连接情况，终压2MPa，持续时间不少于15min。

（3）注浆期间，施工人员需每个半小时记录一次压力变化情况，并每2h 进行泄压，防止浆液凝固。

（4）注浆过程应循序渐进，在注浆压力达到本次注浆的设计注浆压力（即2MPa）时，应降低注浆速度，缓慢注浆；达到设计注浆压力后，需持续注浆30min 以上方可停注。施工过程中根据注浆量、浆液扩散情况进行适当调整。

（5）每孔注浆结束后，应及时对注浆管路进行清洗，并待浆液凝固1h 后，方可组织掘进。

4 效果分析

W1302 回风顺槽在巷道掘进过程中，对巷道围岩变形和顶板离层情况进行了观测，并及时采取补强手段。

4.1 围岩变形

由巷道围岩变形情况可知，采用以上支护方案，在正常区域，巷道掘进后顶板下沉量和两帮移近量均不大，且整体变化趋势一致。在巷道揭露陷落柱期间，巷道顶板下沉量和两帮移近量均有所增加，最大顶板下沉量为164mm，最大两帮移近量为272mm。煤柱侧巷帮移近量和顶板下沉量均大于煤体侧。

4.2 顶板离层

对巷道离层进行观测可知，在正常区域，巷道顶煤和伪顶之间未发生明显离层，离层观测值不大于15mm；巷道接近揭露陷落柱区域，顶煤与直接顶离层有所增加，最大为48mm，结合该处围岩变形情况，及时对顶板进行了注浆加固施工；注浆加固后，观测陷落柱影响区巷道顶煤与直接顶离层有所减小，最大26mm。可见采用注浆加固充填巷道破碎顶板裂隙，有效提高了顶板围岩的物理力学参数，破碎顶板胶结性得到提高。