青洼煤业临空巷道动压影响下围岩控制技术研究

2020-10-12王伟伟郭健康

山东煤炭科技 2020年9期

王伟伟郭健康

（晋城煤业集团晟泰能源投资有限公司，山西晋城 048000）

青洼煤业位于临汾市翼城县西闫镇十河村东，是晋城煤业集团晟泰能源投资有限公司的下属资源整合矿井，产能60 万t/a，开采2#、9#煤层。生产过程中因采掘衔接要求，需临近未回采的工作面提前掘进巷道。在巷道准备期间，受采动影响，动压传递至掘进巷道，易造成掘进巷道围岩失控，对该类围岩进行加固时，传统的支护方式难以奏效，给巷道加固带来极大困难[1-2]。如何确保临空巷道围岩稳定是矿井生产过程中面临的现实问题，有必要提出有针对性围岩控制措施。

1 工程条件

青洼煤业现主采煤层为2#煤层，煤层厚度一般在3.85～6.05 m，平均厚度4.66 m，采用走向长壁后退式、升降尾梁放顶煤、全部垮落法管理顶板的综合机械化采煤方法。

2102 工作面为孤岛工作面，西南侧为已开采的2101工作面，西北侧为开采完成的2103第一工作面，东北侧为将要开采的2103 第二工作面，21021 巷为2102 面的进风顺槽，与2103 第二工作面相邻。具体巷道位置关系如图1 所示。

图1 巷道位置关系平面图

21021巷所处位置受褶曲、F3正断层（H=20.0 m，∠25°）、F9 正断层（H=6.0 m，∠30°）影响，底板起伏较大，且部分区域内顶板破碎。该巷道所处区域内水文地质条件中等。具体顶底板岩性及力学参数见表1。

表1 岩性及力学参数

2 加固方案设计

根据21021 巷具体工程地质条件及巷道原有支护参数，结合有关工程实践[3-6]，确定采用水力压裂+高强锚杆、锚索支护加固方案。

2.1 水力压裂

（1）设计方案。水力压裂是为了使悬空顶板及时冒落，切断采空区顶板与留巷顶板间的应力传递。沿21032 巷距煤柱帮1 m 顶板处施工一列钻孔，钻孔间距10 m，孔径76 mm，孔深16.5 m，与巷道轴向垂直，与巷道水平夹角72°，施工范围为整个巷道。具体见图2 工作面钻孔布置示意图所示。

图2 工作面钻孔布置示意图

（2）钻孔间距。在巷道打孔初期以5 m 为间距打五个孔，观察水力压裂对顶板岩层压裂情况，注水压裂时在相邻钻孔出现顶板大量漏水情况，说明5 m 的间距小于水力压裂影响区域。继续扩大钻孔间距，寻找合适的钻孔间距，最终确定10 m 的钻孔间距。

（3）水力压裂工艺。钻孔施工使用的是ZDY1250 型煤矿用全液压坑道钻机，直径75 mm的钻头，直径50 mm 的钻杆。巷道钻孔施工及压裂施工由内向外依次进行作业，先打钻，压裂施工滞后进行。

水力压裂工艺过程：静压水清孔—钻孔窥视，确定预裂缝位置—封孔、注水压裂—卸压—窥探仪观察压裂效果。

2.2 巷道加固施工

掘进21021 巷时，充分发挥围岩-支护的共同作用，调动围岩深处的自承能力，运用锚杆锚索的组合支护维护巷道的稳定，满足2102 工作面回采工作的需要。加固方案如下：

2.2.1 顶板支护

顶板支护采用锚杆、钢筋托梁、网联合支护，并进行顶部锚索补强。顶锚杆采用Φ20 mm、L=2.4 m 的无纵肋高强度螺纹钢锚杆,顶锚杆排距0.8 m，间距0.9 m，每排5 根端头角锚杆分别以顶板夹角75°打注，其余锚杆施工角度垂直顶板，搭配10#铅丝编织的网格为50 mm×50 mm 的经纬网，锚杆预紧力矩不小于300 N·m。锚索采用型号为SKP17.8-1/1860-7300 型矿用锚索，托盘为300 mm×300 mm×16 mm 的高强度托盘，锚索排距为1.6 m，间距为1.8 m，全部垂直顶板岩层打设，锚索预紧力矩不小于140 kN。具体顶板支护如图3 所示。

图3 顶板支护图

2.2.2 两帮加固

两帮采用锚杆、钢筋托梁、网联合支护。帮锚杆采用Φ20 mm、L=2.2 m 的无纵肋高强度螺纹钢锚杆，排距0.8 m，间距0.9 m，每排6 根（左右帮各3 根），帮部上下角锚杆以帮夹角75°打注，其余锚杆施工角度垂直巷帮，搭配10#铅丝编织的网格为50 mm×50 mm 的经纬网，锚杆预紧力矩不小于200 N·m。具体两帮支护如图4 所示。