“注漿固化再生頂板”在井巷施工中的應(yīng)用

董宇婕

（山西大同大學(xué)煤炭工程學(xué)院，山西大同037003）

“注漿固化再生頂板”在井巷施工中的應(yīng)用

董宇婕

（山西大同大學(xué)煤炭工程學(xué)院，山西大同037003）

文章針對(duì)大同煤礦集團(tuán)新裕煤礦技術(shù)改造、產(chǎn)能提升工程中，井筒穿越采空區(qū)施工這一問題，采用再生頂板技術(shù)固化破碎頂板的復(fù)合支護(hù)技術(shù)，詳細(xì)分析注漿固化破碎巖石頂板管理工藝的特點(diǎn)，合理優(yōu)化頂板管理工藝，采取綜合的管理措施，逐步摸索出了井巷工程穿越采空區(qū)破碎帶進(jìn)行破碎頂板復(fù)合支護(hù)管理的有效途徑，為井巷工程的快速安全施工奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

注漿；再生頂板；井巷施工；施工應(yīng)用

隨著煤炭礦井的整合以及舊井產(chǎn)能提升，整合礦井的巷道經(jīng)常會(huì)碰到穿越周圍礦井或原礦井的采空區(qū)；與此同時(shí)，許多特殊的地質(zhì)技術(shù)環(huán)境中也存在破碎圍巖的情況。由于采空區(qū)周圍環(huán)境不確定性突出，往往在井巷掘進(jìn)過程中才能發(fā)現(xiàn)不良地質(zhì)情況，常導(dǎo)致塌方、涌水、破碎巖石滑坡等各種災(zāi)害，不僅會(huì)影響工程進(jìn)度，增加工程造價(jià)，甚至?xí)?dǎo)致人員傷亡[1]。因此，對(duì)井巷穿越采空區(qū)和地質(zhì)破碎帶的情況，必須進(jìn)行支護(hù)方式和支護(hù)材料的研究，在復(fù)雜的頂板和破碎圍巖的施工過程中必須采用復(fù)合式支護(hù)方式，“先固后破”從而起到安全經(jīng)濟(jì)施工的目的。

1 礦井概況

大同煤礦集團(tuán)朔州朔煤新裕煤礦位于朔州市懷仁縣境內(nèi)，為大同煤田的東南邊緣，北距同蒲鐵路8 km，礦區(qū)公路與大運(yùn)公路直接相連，交通方便，西鄰窯子頭村和新建聯(lián)營(yíng)礦約1 km，東鄰鵝毛口約1 km，北鄰鵝毛口村村辦煤窯（已關(guān)）。北以鵝毛口河為界，西以火成巖墻為界，東面以煤層露頭為界，南以南街村辦煤礦臥羊臺(tái)（已關(guān)）為界。

1.1 含煤地層

本煤田含煤地層為太原統(tǒng)，在井田東南部出露較佳，中部和西北部多為第四系掩蓋，在本區(qū)共含煤層11層，其中可采煤層為4#、5#、8#三層，現(xiàn)在4#已部分采完，5#基本接近井田邊界，8#煤層尚未開采。4#與5#層間距為33.17 m，5#與8#層間距為35.65 m。

1.2 副斜井改造前工程技術(shù)特征

付斜井井筒斜長(zhǎng)320 m，坡度10～25°，巷道凈寬2.5 m（木棚支護(hù)段2.3 m），凈斷面積4.7 m2，無提升設(shè)備與軌道，只用于進(jìn)風(fēng)、行人。

1.3 副斜井改造后工程技術(shù)特征

付斜井井筒斜長(zhǎng)320 m，坡度25°，巷道凈寬4 m（圍巖不穩(wěn)定段鋼筋砼支護(hù)；其余為錨、網(wǎng)、噴支護(hù)），凈斷面積9.5 m2，用于進(jìn)風(fēng)、提升人車。

1.4 副斜井穿越采空區(qū)技術(shù)特征

新掘60 m井筒有17 m穿過老窯采空區(qū)。老窯采空區(qū)由于采空時(shí)間久，直接頂巖層垮落破碎，老頂巖層下沉斷裂形成鉸接梁，見圖1。在穿越采空區(qū)時(shí)，破碎巖石難于支護(hù)，施工過程中安全不能保證，所以施工難點(diǎn)在于穿越采空區(qū)段破碎巖層的控制。

圖1 井筒地層剖面情況

2 井筒穿越采空區(qū)支護(hù)方式的研究

由于新掘井筒穿過采空區(qū)，預(yù)計(jì)采空區(qū)頂板圍巖年久垮落嚴(yán)重，用傳統(tǒng)的支護(hù)形式(錨索、錨桿、掛網(wǎng)、噴漿、鋼架等支護(hù))很難實(shí)現(xiàn)安全快速施工。根據(jù)已掌握的地質(zhì)資料，如果按常規(guī)的施工方法，井筒施工到破碎帶，將破碎的巖石挖掘出去,采取“短掘短支”的方法施工，隨著破碎巖石不斷挖出，老頂鉸接梁兩端支點(diǎn)逐漸外延，勢(shì)必造成老頂巖層垮落，搞不好會(huì)將斜井垮塌成“豎井”，所以采用“注漿再生頂板”，“固巖-破巖”的施工方法安全合理[2]。

3 注漿再生頂板加固方案

3.1 注漿地點(diǎn)選擇

當(dāng)施工揭露破碎段時(shí)，停止掘進(jìn)，將砼永久支護(hù)直接跟到工作面，同時(shí)本段支護(hù)需做地板，地板厚度為300 mm,砼標(biāo)號(hào)為C30，并將掘進(jìn)掌子面的破碎巖石采取噴漿固化，噴砼標(biāo)號(hào)為C20,噴射厚度120 mm。支護(hù)工作做好后，就可以做注漿的準(zhǔn)備工作，注漿地點(diǎn)選擇在掘進(jìn)頭。

3.2 注漿參數(shù)的選擇

根據(jù)測(cè)算，井筒穿越冒頂區(qū)的斜距為15 m，在冒頂區(qū)布置32個(gè)注漿孔，孔間排距為0.5 m，深孔5～17 m；注漿孔由DN40厚壁管構(gòu)成，注漿材料為M20水泥砂漿。注漿孔布置，見圖2；注漿孔參數(shù)，見表1。

圖2 注漿管布置

表1 注漿孔參數(shù)一覽表

3.3 施工工藝

注漿管用DN40厚壁管在管壁每500 mm打兩對(duì)φ15 mm孔，管末端做成楔型，注漿管按注漿孔布置圖的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)用頂管機(jī)頂入采空區(qū)冒落巖石內(nèi)，注漿管全部布置頂完，就開始注漿。

注漿順序由 9#孔到 1#孔，2#、1#孔由邊孔到中間。每孔注漿量根據(jù)注漿壓力確定。施工時(shí)必須嚴(yán)格控制注漿壓力，達(dá)到設(shè)計(jì)壓力即可換孔注漿或停止注漿。注漿按由下而上、由外向內(nèi)的順序進(jìn)行。注漿結(jié)束后，對(duì)注漿區(qū)進(jìn)行人工清理。注漿完成穩(wěn)定30 d后，即可繼續(xù)施工。

4 結(jié)論

井巷工程在復(fù)雜破碎圍巖的施工過程中，除了采用綜合頂板管理控制技術(shù)外，在斷層帶或冒頂區(qū)域提前進(jìn)行注漿固化破碎頂板工作，對(duì)破碎松散體進(jìn)行粘結(jié)，使之成為整體，提高了圍巖的穩(wěn)定性和抗壓承載能力，使掘進(jìn)工作順利通過了斷層或冒頂區(qū)域，既能保證施工安全施工，又能提高經(jīng)濟(jì)效果。

[1]趙鐵錘.礦山壓力與巖層控制技術(shù)[M].北京：煤炭工業(yè)出版社,2007.

[2]趙和松.頂板再生機(jī)理及參數(shù)的研究[J].煤炭科學(xué)技術(shù),1992(3)：11-14.

〔責(zé)任編輯 王東〕

The Application of“Grouting Curing Regenerated Roof”in the Shaft and Roadway Construction

DONG Yu-jie
(School of Coal Engineering,Shanxi Datong University,Datong Shanxi，037003)

As to the adoption of grouting curing broken rock roof compound support technology in shaft through goaf construction in the project of technical reconstruction and productivity improvement in Xinyu coal mine of Shuozhou Coal and Electricity Company,Datong Coal Mine Group,this paper analyzed the characteristics of grouting curing broken rock roof management process in detail,optimized the roof management process reasonably,took comprehensive management measures,gradually explored an effective way to conduct broken roof compound support management in shaft through goaf construction through goaf crushing zone,and laid a solid foundation for the quick and safe construction of the shaft and roadway project.

grouting;regenerated roof;shaft and roadway construction;construction application

TD327

A

1674-0874(2016)03-0068-02

2016-01-20

董宇婕（1987-），女，山西大同人，碩士，助教，研究方向：地質(zhì)。