小窯破壞區(qū)復(fù)采工作面回采巷道支護(hù)技術(shù)與實(shí)踐

武建軍

摘 要：針對(duì)韓咀礦區(qū)復(fù)采工作面回采巷道頂板破壞的特點(diǎn)，分析了頂板冒落狀態(tài)，并結(jié)合現(xiàn)有的支護(hù)技術(shù)，提出了采用“分區(qū)支護(hù)”的技術(shù)方案控制不同冒落狀態(tài)下頂板的方式。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐表明，該支護(hù)技術(shù)有效提搞了復(fù)采工作面回采巷道支護(hù)效果，較好地控制了巷道圍巖變形，可為其他地質(zhì)條件類似的礦井提供借鑒。

關(guān)鍵詞：頂板；回采巷道；分區(qū)支護(hù)；圍巖變形

中圖分類號(hào)：TD823.88 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.18.118

復(fù)采是指在老采區(qū)、老工作面，由于地質(zhì)、采礦、管理技術(shù)等原因造成上述地區(qū)遺留煤炭，對(duì)這些遺留煤炭重新進(jìn)行開采的過(guò)程。因此，此類煤炭資源賦存條件極其復(fù)雜。往往該類回采巷道頂板存在多種冒落狀態(tài)，主要有回采巷道處于上分層遇煤柱和上分層遇采空（頂板冒落和頂板不冒落）兩種情況。單一的支護(hù)方式難以滿足該類巷道的支護(hù)，嚴(yán)重影響了復(fù)采工作面的正常推進(jìn)。

本文根據(jù)韓咀煤業(yè)1202復(fù)采工作面的地質(zhì)條件，通過(guò)理論分析、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，提出了采用“分區(qū)支護(hù)”的方案進(jìn)行巷道圍巖控制，較好地解決了復(fù)采工作面回采巷道頂板圍巖控制的問(wèn)題。

1 地質(zhì)條件

韓咀礦1202首采工作面布置于一盤區(qū)南部，工作面回采巷道走向長(zhǎng)500 m，工作面切眼長(zhǎng)220 m。盤區(qū)內(nèi)煤層傾角為2°～8°，煤層厚度5.10～7.79 m，平均厚度為6.00 m。一般含0～3層夾矸，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。頂、底板巖性多為泥巖或粉砂巖，全區(qū)煤層厚度變化不大，可穩(wěn)定開采。盤區(qū)構(gòu)造為走向北東，向北西傾斜的單斜構(gòu)造，構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單。水文地質(zhì)條件中等，涌水量較小。圖1和圖2分別是煤層柱狀圖、頂板煤巖結(jié)構(gòu)。

2 頂板支護(hù)原理及對(duì)策

2.1 上分層冒落狀態(tài)分析

根據(jù)小窯破壞區(qū)域?qū)嶋H揭露情況，小窯回采未準(zhǔn)確沿煤層底板巷道施工，部分巷道距離小窯破壞區(qū)煤層底板的高度達(dá)到2 m以上。這樣正常綜放工作面掘進(jìn)巷道與小窯破壞區(qū)相對(duì)位置關(guān)系存在2種情況：①小窯破壞區(qū)底板距離煤層底板較遠(yuǎn)，巷道從小窯破壞區(qū)底下穿過(guò)，巷道頂板與小窯破壞區(qū)底板有一定的距離；②小窯破壞區(qū)底板與煤層底板較近，掘進(jìn)巷道直接穿過(guò)小窯破壞區(qū)。

在第一種情況下，綜放工作面巷道掘進(jìn)穿越小窯破壞區(qū)時(shí)，掘進(jìn)巷道主要在采空區(qū)下支護(hù)，掘進(jìn)工作面可以正常施工；對(duì)于第二種情況，掘進(jìn)巷道穿越小窯破壞區(qū)的情況較為復(fù)雜，需要采用多種技術(shù)確保掘進(jìn)巷道安全穿越以及成巷后能滿足工作面回采的要求。

采空區(qū)掘進(jìn)穿越施工可以選擇先充填處理后掘進(jìn)的施工工藝，先充填處理后掘進(jìn)的施工工藝總體上比較安全，且先充填可將采空區(qū)探測(cè)清楚，后掘進(jìn)可避免一些不可預(yù)測(cè)的情況發(fā)生。其缺點(diǎn)是影響掘進(jìn)施工時(shí)間，在工作面通風(fēng)系統(tǒng)沒(méi)有形成之前，在處理其他問(wèn)題時(shí)在施工空間、通風(fēng)等方面會(huì)受限制。

在采空區(qū)內(nèi)掘進(jìn)施工分兩種情況，一種是采空區(qū)內(nèi)有大量的冒落煤矸石，第二種是采空區(qū)內(nèi)有少量煤矸石或沒(méi)有煤矸石，如圖3所示。

2.2 支護(hù)對(duì)策

為了保證服務(wù)期間巷道圍巖整體的穩(wěn)定性，提出了以下支護(hù)原則。

2.2.1 “分區(qū)支護(hù)”原則

1202工作面回采巷道在掘進(jìn)過(guò)程中會(huì)受到礦井整合前上分層煤層巷柱式開采的影響，出現(xiàn)上分層遇煤柱與上分層遇采空兩種情況。由于兩種情況下頂板圍巖的結(jié)構(gòu)不同，因此，應(yīng)根據(jù)頂板圍巖結(jié)構(gòu)情況進(jìn)行巷道分區(qū)支護(hù)。

2.2.2 “及時(shí)主動(dòng)支護(hù)、支護(hù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)化”原則

巷道開挖后應(yīng)及時(shí)、主動(dòng)支護(hù)，控制圍巖離層、裂隙的進(jìn)一步發(fā)育?？紤]到巷道會(huì)受動(dòng)壓的影響，且巷道圍巖已經(jīng)受到采動(dòng)破壞、采空區(qū)積水浸泡等作用，導(dǎo)致圍巖弱化、承載能力降低，需要對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，使圍巖既能主動(dòng)支撐，又能防止巷道變形過(guò)大。

2.2.3 “三高一低”及經(jīng)濟(jì)合理性原則

在實(shí)現(xiàn)巷道支護(hù)系統(tǒng)高強(qiáng)度、高剛度、高可靠性的前提下，盡量降低支護(hù)密度、加快掘進(jìn)速度，從而降低支護(hù)成本。在保證巷道支護(hù)效果和安全的基礎(chǔ)上，做到經(jīng)濟(jì)合理。

2.3 巷道支護(hù)方式的選擇

根據(jù)礦井地質(zhì)勘探資料可知，煤層頂板多為粉砂巖為主，裂隙不甚發(fā)育，淺部地帶具有風(fēng)化裂隙。隨著采挖深度的延深，頂板狀況有所改觀，總體為穩(wěn)定性差的頂板，但未出現(xiàn)大面積的冒頂。煤層底板以泥巖為主，礦井涌水量較小，地下水對(duì)底板的影響不大，未出現(xiàn)底鼓或片幫現(xiàn)象，屬于穩(wěn)定底板。由于礦井整合之前2號(hào)煤層上分層厚度約為2.0 m的煤炭已采用巷采法被開采出，遺留下大面積的采空區(qū)和煤柱，導(dǎo)致1202回采巷道處于上分層遇煤柱和上分層遇采空兩種情況。

當(dāng)1202回采巷道上分層遇煤柱時(shí)，由于上分層殘留煤柱與下分層煤體原屬于同一整體煤層，上分層留設(shè)的煤柱在下分層煤體上形成了高應(yīng)力影響區(qū)。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)方式可取得比較理想的支護(hù)效果。

當(dāng)1202回采巷道上分層遇采空時(shí)，由于上分層開采所遺留下的采空區(qū)內(nèi)部多為散狀結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致巷道煤層上方頂板破碎較為嚴(yán)重，錨桿支護(hù)無(wú)法將頂板煤層懸吊在堅(jiān)硬巖層上，支護(hù)效果差。當(dāng)頂板巖層破碎比較嚴(yán)重時(shí)，工字鋼棚架能有效地減小動(dòng)壓荷載對(duì)巷道圍巖穩(wěn)定的影響，從而提高支護(hù)效果。

綜上分析，針對(duì)1202回采巷道特點(diǎn)，決定對(duì)巷道進(jìn)行分區(qū)支護(hù)，即當(dāng)巷道上分層遇煤柱時(shí)，采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)方式；當(dāng)巷道上分層遇采空區(qū)時(shí)，采用工字鋼支護(hù)方式；如果在圍巖破碎比較嚴(yán)重的區(qū)域，則采用局部注漿方式膠結(jié)圍巖，提高其整體性。

3 工程實(shí)踐

3.1 支護(hù)方案及參數(shù)

結(jié)合1202工作面的頂板實(shí)際情況，按照“分區(qū)支護(hù)”“及時(shí)主動(dòng)支護(hù)、支護(hù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)化”的原則，提出以上分層煤層狀態(tài)為分區(qū)指標(biāo)，以錨桿支護(hù)為基本支護(hù)，針對(duì)1202工作面巷道頂板煤層不同狀態(tài)，采用了不同的支護(hù)方式，1202巷道類型與具體支護(hù)方案如表1所示。

當(dāng)巷道遇采空時(shí)，由于在原巷道斷面高度的條件下頂板煤巖層厚度減小，無(wú)法充分發(fā)揮錨桿的懸吊作用，需降低巷道高度。同時(shí)，為了保證通風(fēng)需求，需擴(kuò)大巷道跨度。但是由于工字鋼的抗彎剛度會(huì)隨著其跨度的增大而減小，頂梁工字鋼跨度應(yīng)控制在一定的范圍之內(nèi)。

為了滿足以上各要求，當(dāng)巷道遇采空時(shí)，應(yīng)將巷道斷面高度降低、跨度增大，并采用短錨桿支護(hù)作為基本支護(hù)，采用工字鋼梯形棚作為永久支護(hù)，采用局部預(yù)注漿方式進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)。支護(hù)方案如圖5所示。

具體支護(hù)參數(shù)如下：①錨桿。頂板采用Φ22×1 500 mm左旋無(wú)縱肋螺紋鋼錨桿，回采幫采用Φ22×2 200 mm玻璃鋼錨桿，煤柱幫采用Φ22×2 200 mm左旋無(wú)縱肋螺紋鋼錨桿。錨桿間排距為800 mm×800 mm，錨桿托板采用300 mm×200 mm×80 mm木制托板。②金屬網(wǎng)。網(wǎng)片回采幫采用尼龍網(wǎng)，頂部及煤柱幫采用10#菱形鐵絲網(wǎng)（網(wǎng)格50×50mm）；③工字鋼棚。11#工字鋼，棚距800 mm，相鄰兩棚之間采用Φ20圓鋼拉桿連鎖加固。④技術(shù)參數(shù)。棚距允許誤差為±50 mm，每一支架之間不少于三道拉桿，拉桿的抗拉強(qiáng)度不低于400 MPa，巷道凈寬、凈高允許誤差為±100 mm。

注漿方案：超前鉆孔施工是從已經(jīng)支護(hù)的巷道中向冒落的煤矸石中打眼的，鉆孔直徑為42 mm，綜合馬麗散材料的特性和注漿擴(kuò)散半徑，設(shè)計(jì)每次注漿孔深度為3 m，注漿加固一次至少可以掘進(jìn)1.5 m。注漿鉆孔布置，在巷道周圍布置注漿鉆孔5個(gè)、頂板3個(gè)、兩幫各2個(gè)，鉆孔與巷道頂板、煤幫的夾角為30°，鉆孔布置如圖6所示。

注漿材料采用馬麗散，其具有高度黏合力和較好的機(jī)械性能，與巖層可高度黏合。濃稠狀液態(tài)馬麗散材料固結(jié)性能好，與煤巖體結(jié)合后能接受比較大的彈性變形，黏結(jié)體兼具煤巖體和馬麗散的特性，很大程度上改善了頂板的整體力學(xué)性能。此外，馬麗散還具有凝固速度快、形成的固結(jié)體強(qiáng)度高的特點(diǎn)，對(duì)掘進(jìn)影響時(shí)間小。

馬麗散樹脂與催化劑的配比體積為1∶1，質(zhì)量比為1∶1.17.注漿壓力根據(jù)注漿情況定為5～8 MPa。施工設(shè)備采用ZBQS-8.4/12.5小型氣動(dòng)注漿泵，能提供0.4～0.7 MPa的氣源。注漿量根據(jù)注漿壓力確定，施工時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制注漿壓力。當(dāng)出現(xiàn)大面積漏漿時(shí)，即可換孔注漿或停止注漿。

3.2 礦壓觀測(cè)

巷道頂?shù)装搴蛢蓭鸵平侩S時(shí)間變化的曲線如圖7所示。

巷道圍巖變形速度在巷道施工支護(hù)成形30 d后趨于緩慢，巷道開始趨于穩(wěn)定狀態(tài)。巷道頂?shù)装逑鄬?duì)移近量稍大于巷道兩幫相對(duì)移近量，趨于穩(wěn)定之后，頂、底板移近量比兩幫移近量多40 mm，頂?shù)装逡平孔兓俾试谇?0 d較大，兩幫移近量變化速率在前13 d較大。巷道頂?shù)装逡平孔畲笾禐?60 mm，兩幫移近量最大值為220 mm。

頂板離層量隨時(shí)間變曲線如圖8所示。由此可見，頂板離層變化速度隨時(shí)間的變化逐漸變慢，在巷道支護(hù)成形30 d內(nèi)巷道頂板離層變化速率最快，此后變化速率逐漸降低。這與巷道圍巖頂?shù)装逑鄬?duì)移近量的變化速度是同步的，頂板離層量最大值為18 mm。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)韓咀礦復(fù)采工作面區(qū)回采巷道支護(hù)采用“分區(qū)支護(hù)”的支護(hù)方案，支護(hù)效果得到了明顯改善?，F(xiàn)場(chǎng)表面位移監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，巷道圍巖變控制在合理范圍內(nèi)，有效控制了巷道圍巖變形，提高了巷道掘進(jìn)速度和工效，為礦井的安全、高效生產(chǎn)提供了條件，基本滿足綜采面推進(jìn)的要求。

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〔編輯：張思楠〕