APP下载

煤巷过断层破碎区联合支护技术应用

2022-12-10宋元发

山东煤炭科技 2022年11期
关键词:管棚煤体断层

宋元发

(山西焦煤山煤国际长春兴煤业有限公司,山西 大同 037101)

1 概述

山西焦煤山煤国际长春兴煤业有限公司22303运输顺槽位于井田北盘区,西部为北延盘区大巷,南部为301 采空区,东部为矿井西部矿界,北部为设计北盘区,西南部为未开采区域。22303 运输顺槽布置于石炭系太原组中下部22#煤层中,22#煤层结构复杂,厚度较稳定,22#层上距最近16-2#煤层约99.15 m,下距最近25-1#煤层约12.7 m,煤层厚度为9.5 m,含3~4 层夹矸。煤层大致走向东西,倾向北,倾角较小,平均-2°。22303 运输顺槽从北盘区辅助运输巷沿22#煤层底板掘进,规格为宽×高=5.2 m×4.2 m,正巷规格为宽×高=4.5 m×3.5 m。巷道采用一掘一支掘进工艺,采用EBZ260 型掘进机施工,顶板采用锚杆、锚索、钢带以及金属网联合支护,巷道已掘进480 m。

2 巷道地质情况及问题分析

2.1 巷道地质情况

22#煤层地质构造单一,主要以中小型断层为主,断层落差为0.7~2.8 m 范围内。《长春兴煤矿22#煤层303 工作面地质报告》显示,22303 运输顺槽掘进区域共计揭露6 条正断层和2 条逆断层,其中303 运输顺槽前期掘进过程中已揭露5 条正断层,平均落差为1.2 m。根据资料显示,巷道掘进至487 m 将揭露F6 正断层,落差为2.4 m,倾角为52°。巷道掘进至475 m 处开始钻探,钻探结果显示,在巷道484 m 处位于左侧预先揭露断层,断层侵入后断层上盘煤体下压,断层对巷道掘进影响长度为52 m。

2.2 巷道掘进现状

由于F6 断层上盘煤体下移,若巷道过断层期间继续以水平角度掘进,底板遗煤量大,造成后期工作面回采时采空区内含大量浮煤,不利于采空区安全管理。因此,巷道过断层期间决定采用俯斜掘进工艺,巷道从475 m 处开始以7°俯角下山掘进,巷道掘进至495 m 处时揭露断层上盘煤体底板,然后继续近水平掘进。

但当巷道下山掘进至478 m 处时,俯斜处顶板出现失稳现象,顶板局部冒漏,顶板处形成“高冒台阶”区,如图1 所示,冒漏高度达1.6 m,随着巷道继续掘进,冒漏区范围逐渐扩大。

图1 303 运输顺槽过断层期间俯斜回采剖面示意图

2.3 问题分析

根据现场观察分析发现,巷道俯斜掘进期间出现顶板“高冒台阶”区原因主要有以下几方面:

(1)围岩失稳。22303 运输顺槽掘进的22#煤层平均倾角为2°,巷道在俯斜掘进时下山角为7°,由于俯斜掘进角度大,在掘进期间留顶煤时,煤体失稳,出现破碎现象。

(2)构造应力影响。巷道在过断层前,断层应力与原岩应力处于平衡状态,当巷道掘进揭露断层时,巷道开挖空间形成应力释放区,应力释放过程中对围岩产生挤压、剪切作用,造成围岩出现裂隙带,破坏了围岩力学稳定结构。

(3)支护不合理。原顶板主要采用锚杆(索)进行联合支护,围岩相对稳定时,杆体锚固端能形成支护组合梁(拱)结构,但是在断层区围岩破碎严重时,采用单一锚杆(索)支护时锚固效果差,支护失效率高。

3 断层区联合支护技术

3.1 注浆加固

22303 运输顺槽俯斜掘进期间失稳破碎,导致俯斜段顶板稳定性差,决定对该区域顶板提前采取注浆加固与管棚注浆联合支护[1-5]。

3.1.1 注浆孔布置

(1)注浆孔布置。注浆主要是对破碎顶板煤体进行粘接,实现二次重组。注浆孔施工在巷道迎头煤壁上,钻孔深度为5.0 m,直径为45 mm,钻孔布置仰角为45°,钻孔终端位于仰斜顶板2.0~2.5 m 处,每排布置3 个注浆孔,孔间距为1.5 m,钻孔距顶板间距为1.0 m,如图2。

(2)管棚注浆孔布置。管棚注浆目的是在仰斜段顶板稳固一排超前支护体,通过注浆方式将支护体与顶板煤体镶嵌为一体,达到超前支护的目的。管棚注浆孔布置在仰斜段设计顶板处,每排布置5个孔,孔深为3.5 m,直径为30 mm,孔间距为1.0 m。

3.1.2 注浆设备及材料

(1)注浆管棚。注浆管棚体采用长度3.5 m、直径28 mm 中空钢管,钢管一端为实心削尖结构,削尖体长度为0.5 m;管体中孔直径为10 mm,在管体外周围均匀布置三排注浆花孔,孔直径为5 mm。

(2)注浆泵。采用3ZBQ-5/18 气动高压注浆泵进行注浆施工,主要由泵体、注浆桶、混合阀、注浆枪、注浆软管、阀门等部分组成。注浆泵注浆压力为0~18 MPa,注浆排量为0~25 L/min。

(3)注浆材料。注浆材料采用固瑞特系列化学注浆加固材料,该材料属于双组分注浆加固材料,浆液固结体单轴抗压强度为35~55 MPa,黏度为45~107 MPa·s。

3.1.3 注浆施工

(1)先进行注浆加固施工。注浆工序为:安装注浆软管→安装止浆塞→连接注浆泵→开启注浆泵。注浆压力控制在3~5 MPa,每个注浆孔稳压注浆时间为10 min。

(2)再进行管棚注浆施工。先在顶板施工一排超前管棚支护钻孔,然后对钻孔内安装超前管棚支护体,最后安装注浆软管、连接注浆泵进行注浆施工。管棚注浆时注浆压力控制在1.5~3.0 MPa 范围内。

3.2 梯形棚支护

由于22303 运输顺槽为全煤巷道,根据现场观察发现,在集中应力作用下巷道两帮煤柱同样出现失稳现象,主要表现为两帮垮落、两帮收敛以及肩角煤柱破碎等。两帮煤柱一旦出现失稳后无法对顶板提供足够的支撑力,导致顶板出现垮落、破碎,所以决定在俯斜段巷道支设密集梯形钢棚。

(1)目前钢棚支护主要包括矩形钢棚、梯形钢棚、拱形钢棚等。拱形钢棚主要用于拱形巷道内;矩形钢棚在大应力围岩中钢棚很容易变形,降低支护强度;梯形钢棚可根据围岩应力大小适当调整棚腿与顶梁之间的迎山角,从而降低钢棚变形,梯形钢棚具有支护强度高、实用性强、变形小等优点。所以22303 运输顺槽俯斜段决定采用梯形钢棚支护。

(2)22303 运输顺槽采用的梯形棚主要由U29型棚腿、顶梁、底座、连接杆、抱箍等部分组成,钢棚支护顺序为:安装底座→棚腿→顶梁→拉杆→刹顶。钢棚安装间距为1.0 m,棚腿安装迎山角为75°。如图2。

图2 303 运输顺槽断层区顶板联合支护示意图(mm)

4 结论

(1)对断层区俯斜段巷道顶板采取注浆与管棚联合注浆加固,提高了断层区域围岩胶结强度和顶板煤体承载能力,实现了超前支护的目的。

(2)梯形棚支护能够对断层应力区围岩进行有效支护,解决了传统矩形钢棚支护时适用性差、易变形、支护强度低等技术难题,控制了顶板应力向两帮煤柱传递导致煤柱垮落现象。

(3)22303 运输顺槽断层俯斜段顶板采取联合支护技术后,顶板最大下沉量为0.17 m,巷道断面收敛量不足巷道总断面积的5%,达到了预期支护效果。

猜你喜欢

管棚煤体断层
如何跨越假分数的思维断层
嘛甸油田喇北西块一区断层修正研究
断层破碎带隧洞管棚支护参数设计方法
X油田断裂系统演化及低序级断层刻画研究
注热井周围煤体蠕变过程的渗透率变化规律模拟研究
不良地质条件下隧道管棚预支护技术研究
正交试验下煤体渗透性影响因素评价
以“中央厨房”为突破口探索时政报道的融煤体之路——以浙江之声为例
曲线地段超长大管棚施工工艺探讨
应用落差法研究真武断裂带西部生长断层