黃巖匯煤礦小煤柱錨注加固技術(shù)應(yīng)用及效果分析

李廷

摘要：為減少采煤工作面間煤柱資源損失，提高采區(qū)資源回收率，推廣應(yīng)用小煤柱沿空掘采技術(shù)非常必要。而在留設(shè)小煤柱掘進(jìn)期間巷道收縮變形量較大，為確保巷道有效斷面，采用錨注技術(shù)加固巷道圍巖，將巷道圍巖變形控制在允許范圍內(nèi)，以滿足巷道通風(fēng)、設(shè)備運輸?shù)扔猛拘枰?016年在黃巖匯煤礦15113工作面軌道順槽應(yīng)用小煤柱錨注加固技術(shù)應(yīng)用，在實際施工中取得好的效果。此項加固技術(shù)經(jīng)濟有效，同時有力的支持了小煤柱掘采技術(shù)的應(yīng)用。

Abstract： In order to reduce the loss of coal pillar resources between coal mining face and improve the recovery rate of mining resources， it is necessary to promote the application of small coal pillars along the goaf. During the excavation of small coal pillars， the contraction deformation of the roadway is large. In order to ensure the effective section of the roadway， the anchoring technology is used to strengthen the surrounding rock of the roadway， and the deformation of the surrounding rock of the roadway is controlled within the allowable range to meet the needs of roadway ventilation， equipment transportation and other purposes. In 2016， the application of small coal pillar anchoring and reinforcement technology was applied to the track of the 15113 working face of Huangyanhui Coal Mine， which achieved good results in actual construction. This reinforcement technology is economical and effective， and at the same time strongly supports the application of small coal pillar mining technology.

關(guān)鍵詞：小煤柱；錨注加固；安全生產(chǎn)

Key words： small coal pillar；anchor injection reinforcement；safe production

中圖分類號：TD353 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）31-0151-03

0 引言

為減少采煤工作面間煤柱資源損失，提高采區(qū)資源回收率，黃巖匯煤礦15113工作面軌道順槽采用留設(shè)小煤柱掘進(jìn)技術(shù)，但是在掘進(jìn)期間，巷道圍巖收縮變形嚴(yán)重，實測局部變形達(dá)800～1000mm，為此引入錨注加固技術(shù)，對變形巷道進(jìn)行加固，應(yīng)用該技術(shù)后設(shè)立觀測站觀測、分析、總結(jié)，發(fā)現(xiàn)在實際施工中取得好的效果，巷道收縮變形得到有效控制。

1 工程概況及支護(hù)方案選擇

1.1 工程概況

黃巖匯煤礦15113工作面軌道順槽主要用途為工作面回風(fēng)、設(shè)備設(shè)施運輸、管線敷設(shè)等，設(shè)計全長2200m；東臨15111工作面采空區(qū)留設(shè)8m凈煤柱，南臨村莊保護(hù)煤柱邊界，西為15113工作面實體煤，北臨軌道大巷、膠帶大巷等三條開拓大巷。

黃巖匯煤礦為煤與瓦斯突出礦井，采煤工藝為綜合機械化一次采全高采煤工藝，平均煤厚5.5m，主采15號煤層。15113工作面軌道順槽沿15#煤層頂板掘進(jìn)，頂?shù)装鍘r層巖性為：基本頂為中砂巖或粉砂巖，厚度約6～10m，巖性為灰色厚層狀，下部為粒度較細(xì)的粉砂巖或細(xì)砂巖；直接頂為砂質(zhì)泥巖，厚度約5～8m，巖性為灰色-灰黑色條帶狀；直接底為泥巖，厚度約3m，巖性為灰色-黑色薄層狀泥巖。

1.2 巷道初始支護(hù)方案

15113工作面軌道順槽設(shè)計為矩形斷面，設(shè)計凈斷面積18.24m2， 采用錨網(wǎng)索+鋼帶聯(lián)合支護(hù)方式。15113工作面軌道順槽支護(hù)方案如圖1所示。

巷道頂幫錨桿均采用強度為Q500，規(guī)格Φ20×2500mm的等強預(yù)應(yīng)力螺紋鋼錨桿，間排距=880mm×800mm，每根錨桿使用2支樹脂藥卷錨固劑，1支K2335和1支K2360。巷道兩幫錨桿間排距=850mm×800mm，每根錨桿使用2支K2360樹脂藥卷錨固劑。安裝錨桿時從里向外依次為菱形網(wǎng)片、鋼筋梯、預(yù)應(yīng)力蝶形托盤、球形調(diào)心墊圈、減摩尼龍墊圈和配套阻尼螺母，要求頂幫錨桿托盤和圍巖密貼。

頂板采用Φ21.8×7200mm的高強低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，間排距=1200mm×800mm，錨桿錨索交錯布置。頂幫錨桿設(shè)計預(yù)緊扭矩為200N·m，錨固力180kN（30MPa）。錨索預(yù)緊力200kN（50MPa），錨固力為500kN。

2 錨注加固技術(shù)特點分析和錨注加固方案

2.1 經(jīng)實踐分析錨注加固技術(shù)特點

①利用適當(dāng)比例水泥漿液封閉巷道圍巖裂隙，防止圍巖風(fēng)化。②注漿加固后松散狀態(tài)下的圍巖連接成整體，圍巖內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角等物理性質(zhì)得到改善，從而提高煤柱整體強度。③由初始狀態(tài)的加長錨固變?yōu)槿L錨固，圍巖抗壓和抗拉力學(xué)性質(zhì)大大提高，原有支護(hù)錨桿錨索軸向徑向約束圍巖能力加強，提高圍巖承載能力。

2.2 施工方案

根據(jù)施工現(xiàn)場滯后工作面100m，裂隙發(fā)育后，采用DN15×4200m注漿花孔鋼管管加固，間排距1500×1600mm，右?guī)停ㄜ壍缼停槊簩嶓w，采用？準(zhǔn)22×5000mm注漿花孔鋼管加固，間排距1900×1600mm。采用425#水泥按水灰比0.45：1注漿加固煤幫。

2.3 材料設(shè)備準(zhǔn)備及要求

材料設(shè)備準(zhǔn)備：DN15注漿鋼管、42.5#水泥、ACZ水泥添加劑、ZBQ35/4風(fēng)動注漿泵、風(fēng)煤鉆、？準(zhǔn)28PDC鉆頭、？準(zhǔn)19×2000mm麻花鉆桿、棉紗等。

2.4 注漿鋼管布置技術(shù)參數(shù)

①在掘進(jìn)巷道煤柱側(cè)巷道幫部每排布置2根中空注漿鋼管，規(guī)格為DN15×4200mm，左幫間排距為1500×1600mm，鉆孔大?。坑I28mm。上部中空注漿花孔鋼管位于頂板下1500mm處，上仰角10°施工，保證錨注加固在頂板巖層中，下部注漿管與巷道表面垂直布置。每空注漿量約0.3-0.5噸。

②在掘進(jìn)巷道實體煤側(cè)巷道幫部每排布置2根中空注漿花孔鋼管，規(guī)格為DN15×4200mm，間排距為1900×1600mm，鉆孔大??？覫28mm。上部中空注漿花孔鋼管位于頂板下700mm處，上仰角10°鉆孔，下部錨索與巷道表面垂直布置。每空注漿量約0.3-0.5噸。（布置詳見2圖）

3 煤柱錨注加固礦壓監(jiān)測及分析

3.1 觀測內(nèi)容及方法

3.1.1 巷道頂板離層量

①觀測儀器：T型離層儀，長測筒量程0-180mm，短測筒量程0-120mm。

②離層儀安裝技術(shù)要求：巷道每隔50m安裝一個頂板離層儀。在構(gòu)造處適當(dāng)增加，離層儀深基點8m，淺基點3m。

③觀測方式：掘進(jìn)期間距離工作面迎頭50m范圍內(nèi)的離層儀每天觀測一次，連續(xù)觀測不小于一周，變化量穩(wěn)定后改為每周一次，若有異常變化時必須每天觀測一次。

④數(shù)據(jù)處理：定期觀測數(shù)據(jù)并記錄，根據(jù)離層儀讀數(shù)分析離層數(shù)據(jù)并繪制離層曲線，頂板離層儀離層值超過50mm時，要停止掘進(jìn)，采取措施進(jìn)行處理，離層值超過100mm時，必須立即撤出人員，及時匯報調(diào)度室和礦總工程師，組織技術(shù)人員采取措施進(jìn)行處理。

3.1.2 頂?shù)装寮皟蓭拖鄬σ平勘O(jiān)測

①觀測儀器：鋼卷尺。

②測站布置要求：15113軌道順槽每50m布置一個全斷面觀測站，在測站頂板和兩幫固定位置掛線。

③觀測方式：利用鋼卷尺測量巷道兩幫到和頂?shù)装迨諗烤嚯x，測站每7天觀測一次，并記錄數(shù)據(jù)。

④數(shù)據(jù)處理：比較測量值與初始值，兩幫移近量超過200mm時采取幫部補強措施，底鼓量超過300mm時進(jìn)行臥底處理。

3.2 巷道圍巖位移變化觀測結(jié)果及分析

15113軌道順槽分別在巷道100m、200m、300m、400m、500m、600m和處布設(shè)6個測站，2號測站、3號測站、4號測站得到的觀測數(shù)據(jù)曲線如圖3所示。

采用錨注加固技術(shù)后，每月進(jìn)行礦壓監(jiān)測總結(jié)分析發(fā)現(xiàn)15113軌道順槽小煤柱圍巖狀況得到極大改善，巷道收縮變形量大幅縮小，實測巷道圍巖在50～60天后趨于穩(wěn)定，最大變形量控制在250～350mm左右，圍巖收縮得到控制，取得良好效果，錨注加固技術(shù)應(yīng)用取得成效。

4 錨注加固技術(shù)評價及改進(jìn)方向

小煤柱優(yōu)化后回采煤量對比原設(shè)計增加了42萬噸，回采率由原有的93%增至96%，工作面煤炭回收率明顯提高、創(chuàng)造經(jīng)濟效益明顯，因此小煤柱錨注加固技術(shù)在本礦值得推廣應(yīng)用。分別從以下三方面的評價：

①支護(hù)效果：經(jīng)過施工現(xiàn)場實踐，采用錨注加固后小煤柱在掘進(jìn)、回采期間變形量均得到控制，圍巖穩(wěn)定狀況得到極大改善，可以滿足安全生產(chǎn)要求；

②技術(shù)可行性：在原有錨網(wǎng)索支護(hù)基礎(chǔ)上，增加錨注技術(shù)，形成聯(lián)合支護(hù)，在掘采期間礦壓控制方面取得突破，同時技術(shù)操作和管理可行，可以在本礦區(qū)大范圍推廣；

③經(jīng)濟收益：黃巖匯煤礦15113軌道順槽小煤柱錨注加固支護(hù)增加部分費用，但是增加了回采煤量，若按凈利潤300元計算，每個工作面增收1.26億。

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