軟巖巷道冒頂區(qū)加固技術(shù)方案的探討

解子文，王永明

（1.山西天地王坡煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048021；2.天地科技股份有限公司，北京 100013）

軟巖巷道冒頂區(qū)加固技術(shù)方案的探討

解子文1，王永明2

（1.山西天地王坡煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048021；2.天地科技股份有限公司，北京 100013）

準(zhǔn)格爾旗某礦6號(hào)煤層一掘進(jìn)巷道段冒頂、片幫且巷道圍巖泥化不能自穩(wěn)，嚴(yán)重影響了礦井的正常生產(chǎn)。通過(guò)對(duì)該巷道冒頂區(qū)現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，提出了先使用馬麗散加固冒頂區(qū)及后部巷道圍巖，再使用羅克休充填冒空區(qū)的一個(gè)新思路，并對(duì)巷道加固支護(hù)參數(shù)進(jìn)行了科學(xué)設(shè)計(jì)。

巷道修復(fù)；注漿；加固；冒頂

內(nèi)蒙古準(zhǔn)格爾旗某煤礦主采煤層6號(hào)煤層位于太原組上部，全區(qū)可采，煤層厚度變化在0.26～19.24 m，平均厚度 11.20 m，埋深 122.91～201.9 m，6號(hào)煤層屬?gòu)?fù)雜結(jié)構(gòu)煤層，夾矸較多，平均夾矸層數(shù)11層，夾矸總厚度2～4m；夾矸主要為粘土巖、砂質(zhì)粘土巖，泥巖及炭泥巖。煤層結(jié)構(gòu)尤以頂部最為復(fù)雜，區(qū)內(nèi)6號(hào)煤層頂板巖層大部分為泥巖、粘土巖，砂巖僅占9%且裂隙較為發(fā)育，6號(hào)煤層底板泥巖、粘土巖占87%，巖體強(qiáng)度較低，易發(fā)生顯著變形。

掘進(jìn)巷道為6號(hào)煤輔運(yùn)巷，位于6號(hào)煤層中，斷面為矩形，寬5.4m，高度3.8m，錨網(wǎng)噴支護(hù)，錨桿使用φ18左旋螺紋錨桿，錨桿長(zhǎng)2 m，頂、幫部錨桿間排距1 m，該巷道掘進(jìn)迎頭在其他巷道前方，超前99m，在掘進(jìn)至580m處突遇頂板變軟情況，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況及時(shí)加工了錨梯梁，使用錨梯梁錨索加強(qiáng)支護(hù)，掘進(jìn)約10 m后頂板及兩幫巖層軟化加重，錨桿錨索失效，及時(shí)改變支護(hù)方式，采用架棚支護(hù)，選用11號(hào)礦用工字鋼架棚，架棚掘進(jìn)至627 m處發(fā)生冒頂，推倒壓彎鋼棚5架，冒落矸石極其破碎且有棱角，覆蓋了整個(gè)巷道斷面，無(wú)法正常掘進(jìn)，為防止倒棚的進(jìn)一步發(fā)展，使用木跺和點(diǎn)柱對(duì)鋼棚進(jìn)行了臨時(shí)加固。

1 冒頂區(qū)巷道修復(fù)加固技術(shù)

1.1 冒頂區(qū)處理方案選擇

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，巷道圍巖軟弱，頂?shù)装鍨閺?qiáng)度較低的泥巖，遇水泥化，巷道頂板不穩(wěn)定，隨時(shí)都有再次冒落的危險(xiǎn)，采用錨網(wǎng)噴支護(hù)，巷道圍巖較為破碎，同時(shí)在地質(zhì)構(gòu)造、水等因素的影響下，錨桿施工質(zhì)量無(wú)法保證，施工安全性也無(wú)法保證，采用金屬支架木垛法時(shí)，施工過(guò)程中易再次發(fā)生冒頂，因此采用傳統(tǒng)的方法處理冒頂事故顯然具有很大的危險(xiǎn)性，采用新技術(shù)新材料馬麗散和羅克休對(duì)加固充填高冒區(qū)是能很好的發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)的。

1.2 馬麗散加固巷道機(jī)理

馬麗散是一種雙組分合成高分子聚亞胺膠脂材料，具有低黏度、滲透性好、黏合能力強(qiáng)、反應(yīng)迅速、具有較好的柔韌性能承受隨后的地層變形，主要用于破碎頂板加固和堵水等工程施工，馬麗散的作用原理是通過(guò)高壓灌注時(shí)，樹(shù)脂和催化劑混合物滲透到巖體細(xì)小裂縫中，粘結(jié)并膨脹形成多元網(wǎng)狀密彈性體，封閉黏合圍巖松動(dòng)圈的裂隙，使冒落區(qū)松散巖石粘結(jié)在一起，提高圍巖的整體承載力，從而能有效的控制巷道頂板。在不含水煤巖層中注射馬麗散時(shí)其膨脹倍數(shù)為2～4倍，成品抗壓強(qiáng)度達(dá)25～38MPa；馬麗散遇水發(fā)生關(guān)聯(lián)反應(yīng)其膨脹倍數(shù)可達(dá)20～25倍，成品抗壓強(qiáng)度為15～25MPa。馬麗散固化反應(yīng)快，0.5 h內(nèi)可達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度；且使用時(shí)操作簡(jiǎn)便。

1.3 羅克休泡沫性能

羅克休泡沫由樹(shù)脂和強(qiáng)催化劑兩種成分組成。泡沫反應(yīng)迅速，常溫下20～30 s即可反應(yīng)完畢，且具有高膨脹性，膨脹后體積為原體積的25～30倍，硬化時(shí)間短，20 min后抗壓強(qiáng)度可達(dá)0.2 MPa左右，具有較好的抗水性能，能夠很好地充填冒頂空間，形成對(duì)冒頂區(qū)上部破碎巖體的控制，臨時(shí)阻止巷道圍巖的運(yùn)動(dòng)。

2 冒落區(qū)施工方案布置及參數(shù)選擇

2.1 注漿加固充填順序

由于冒頂區(qū)域巷道圍巖松軟，支架與臨時(shí)點(diǎn)柱支護(hù)控制有限，為防治二次冒頂及冒頂后應(yīng)力轉(zhuǎn)移，致使本就頂板破碎的后部巷道維護(hù)困難，因此采用先對(duì)后部巷道進(jìn)行套棚處理，再注射馬麗散加固圍巖，由后向前逐步推進(jìn)，保障冒頂區(qū)后部巷道穩(wěn)定，為處理冒頂提供安全工作空間。對(duì)冒空區(qū)圍巖加固后使用羅克休泡沫充填，進(jìn)一步阻止圍巖運(yùn)動(dòng)。

2.2 注漿加固處理部位

冒頂前方冒空，掘進(jìn)工作面處鋼棚被推倒壓彎，頂板壓力后移，多處鋼棚處于不穩(wěn)定狀態(tài)，在冒頂區(qū)域施工十分危險(xiǎn)，由冒頂區(qū)后退20 m，在巷道頂板、兩幫鉆孔注射馬麗散，由后部巷道向前逐步加固，在馬麗散的作用下，后部圍巖的強(qiáng)度增加，形成整體后，對(duì)冒空區(qū)圍巖注射馬麗散，使支架上部松散巖體粘結(jié)成一體，然后使用羅克休進(jìn)行冒空區(qū)充填。注漿加固處理部位見(jiàn)圖1。

圖1 注漿位置示意圖

2.3 注漿參數(shù)

首先使用馬麗散加固處理后部巷道，采用φ38.5 mm的焊接管作為注漿管，其上鉆φ10～φ12 mm的孔，頂板注漿孔間距1.5 m，孔深根據(jù)頂板裂隙情況，一般5～6m，兩幫肩窩下1.5 m處各布置注漿孔，外擺角度20°，上仰角3～5°，深度3～4m，樹(shù)脂與催化劑的配合體積比1∶1。終孔注漿壓力不應(yīng)小于2MPa。注漿參數(shù)示意見(jiàn)圖2。

冒空區(qū)的處理，采取先加固后充填的原則，冒空區(qū)加固處理時(shí)，注漿孔深度根據(jù)實(shí)際情況鉆取，首先對(duì)冒落區(qū)邊緣與鋼棚間破碎巖體控制，防止其二次垮落，使用馬麗散進(jìn)行加固使之形成整體，與上覆巖層膠合，對(duì)冒空區(qū)上部巖層進(jìn)行注射馬麗散進(jìn)行預(yù)加固，根據(jù)冒空大小進(jìn)行注射充填羅克休，注漿管的長(zhǎng)度根據(jù)空頂高度確定，其長(zhǎng)度大于空頂高度的1/3，但排氣管要達(dá)到冒頂區(qū)的最高點(diǎn)，注羅克休時(shí)，樹(shù)脂和強(qiáng)催化劑以4∶1的比例混合，注射體積可根據(jù)估計(jì)冒空體積的1/25計(jì)算，注射羅克休順序?yàn)橹料露稀?/p>

圖2 后部巷道注漿加固示意圖

2.4 冒頂區(qū)巷道的再掘進(jìn)與初次支護(hù)

冒頂區(qū)注漿加固充填后，采用撞楔法把冒頂矸石控制住，從巷道兩側(cè)清除矸石，且邊清除邊管理兩幫，頂幫維護(hù)好以后，可架設(shè)鋼棚。然后進(jìn)行超前注漿，預(yù)注漿加固一段后開(kāi)始人工掘進(jìn)。掘進(jìn)循環(huán)進(jìn)尺要小，一般每個(gè)循環(huán)0.5 m，掘進(jìn)后及時(shí)噴漿封閉圍巖，初噴厚度40～50mm；之后鋪網(wǎng)和架設(shè)金屬鋼棚。

2.5 注漿施工工藝及流程

注射馬麗散和羅克休樹(shù)脂施工工藝：打眼→埋設(shè)注漿管→用高壓膠管連接注射槍和注漿泵→將注漿泵的兩根吸管分別插入裝有樹(shù)脂和催化劑的桶內(nèi)→開(kāi)泵注漿→沖洗機(jī)具→停泵→拆卸注射槍。注漿施工工藝及流程見(jiàn)圖3，馬麗散注漿順序?yàn)橹辽隙?，羅克休順序?yàn)橹料露稀?/p>

圖3 注漿設(shè)備施工示意圖

3 結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐證明，馬麗散修復(fù)加固巷道、羅克休樹(shù)脂泡沫充填高冒區(qū)，是一種安全、快速、便利的化學(xué)加固、充填冒頂區(qū)技術(shù)[3～5]。應(yīng)用該技術(shù)，能及時(shí)地加固巷道防止圍巖進(jìn)一步弱化、冒落，提高冒頂區(qū)圍巖的穩(wěn)定性，同時(shí)提高了冒頂區(qū)處理的安全性，此項(xiàng)技術(shù)對(duì)準(zhǔn)格爾旗煤田易片幫漏頂?shù)?號(hào)煤層巷道掘進(jìn)支護(hù)具有一定的參考借鑒意義。

[1]陳炎光,陸士良.中國(guó)煤礦巷道圍巖控制[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，1994.

[2]何滿潮.中國(guó)煤礦軟巖巷道支護(hù)理論與實(shí)踐[M].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,1996.

[3]楊永強(qiáng),樊鴻,張盛.馬麗散注漿材料在東龐煤礦加固破碎頂板中的應(yīng)用[J].煤炭工程,2009（9）:26-27.

[4]卞正榮,邢敦愛(ài),楊小鐵.用羅克休、馬麗散充填加固技術(shù)處理巷道冒頂[J].煤炭科技,2009（1）:71-72.

[5]劉承明.工作面預(yù)注漿法處理巷道冒頂施工技術(shù)[J].現(xiàn)代礦業(yè),2009（12）:88-90.

Discussion on Reinforcement Scheme of Roof-falling Areas in Soft Rock Roadway in Shallow Seams

Xie Zi-wen1,WANG Yong-ming2
（1.Shanxi Tiandi Wangpo Coal Co.,Jincheng Shanxi 048021,China;2.Tiandi Technology Co.Ltd.,Beijing 100013,China）

In No.6 coal seam of some mine,Jungar Banner,roof and sides falling happened,and surrounding rock changed into mud and lost the stability,which threatened the production.The paper analyzes the roof falling situation of the roadway and presents a new method:using Marithan reinforcement to roof-falling area and surrounding rock at first and then Rocsil Foam filling.The reinforcement parameters are also designed.

roadway restoring;grouting;reinforcement;roof falling

TD353+.6

A

1672-5050（2010）08-0061-03

2010-05-24

解子文（1967—），男，山西長(zhǎng)子人，大學(xué)本科，工程師，從事采煤技術(shù)研究及管理工作。

徐樹(shù)文