整合礦井老空區(qū)下順槽施工技術

蘇永

摘要：本文介紹了韓咀煤礦在3104主運順槽施工中遇到2號煤老空區(qū)時，實施超前探放水、超前化學注漿固結破碎帶和壁后充填空隙相結合、超前管棚臨時支護等方式，順利通過442.5m老空區(qū)，取得良好的效果，為在老空區(qū)下或老空區(qū)內巷道施工提供參考。

Abstract： This paper introduces that in the construction of 3104 main transport gateway of Hanzui Coal Mine encountered No.2 coal goaf， through the implementation of advanced water exploration and drainage， chemical grouting consolidation of broken zone and filling the gap behind the wall， advanced pipe shed temporary support and other ways， it successfully passed through the 442.5m old goaf， and achieved good results， which provided reference for roadway construction under or within the old goaf.

關鍵詞：整合礦井;采空區(qū);巷道施工;注漿加固

Key words： integrated mine;goaf;roadway construction;grouting reinforcement

中圖分類號：TD263 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2020）24-0116-03

1 ?工程概況

山西華晉韓咀煤業(yè)有限公司位于山西省鄉(xiāng)寧縣西南部，由鄉(xiāng)寧譚韓煤業(yè)、峰鑫煤業(yè)、菩薩灘煤業(yè)、鄉(xiāng)寧宇田煤業(yè)（已關閉）四個煤礦進行整合而成，整合后面積為26.5467km2。礦井設計生產(chǎn)能力300萬噸/年，批采煤層2-10號。開拓方式采用混合開拓，主、副井為斜井，回風井為立井。

根據(jù)小窯調查資料分析和井下揭露煤層情況，工作面大部分煤層遭到小窯破壞，破壞層位為煤層上分層，破壞高度一般為2.0m。

32104主運順槽設計長度544m，沿2#煤層底板掘進，煤層厚度3.3m，采用架11#礦用工字鋼對棚支護，棚距800mm;棚與棚之間采用4道2寸鋼管聯(lián)鎖;幫部使用尼龍網(wǎng)，頂部網(wǎng)片采用？準6mm鋼筋網(wǎng)，如遇頂板破碎，避免小塊煤矸掉落傷人，在鋼筋網(wǎng)上增鋪尼龍網(wǎng)，頂網(wǎng)變?yōu)殡p層網(wǎng)片，1000×200×50mm木背板，頂5幫4均勻布置，背板間距800mm。詳細參數(shù)如圖1。

32104主運順槽0～109m段施工在實體煤層中，施工至109m位置，頂部巖石破碎，架設工字鋼棚時頂板遇2號煤上分層老空、煤層離層和局部漏頂現(xiàn)象，經(jīng)探測，巷道進入老空區(qū)下部。

2 ?施工方案

順槽施工采用超前探放水，管棚+化學注漿法加固破碎圍巖，綜掘機兩側小導硐中間預留煤柱法掘進架棚支護成巷的施工方案。

2.1 超前探放水

選用TEM礦用本安型瞬變電磁儀進行探測，根據(jù)物探結果，分析前方存在的異常區(qū)域，用ZDY1200S型鉆機長探進行驗證，工作面每天堅持短探短掘，防止頂板和透水事故的發(fā)生。

2.2 圍巖超前加固

采用管棚+化學注漿法施工。超前管棚兼做注漿管，注漿管選用？覫40mm無縫鋼管，長度3m，前端做尖錐狀，管壁交錯鉆注漿孔，間距30cm，注漿孔直徑8mm，管棚間距500mm，外插角度5°。超前管棚加工圖如圖2所示。

選用2ZBQ80/11型礦用氣動雙液注漿泵注漿。漿液采用A、B漿液混合注漿。A漿液為樹脂，B漿液為催化劑。

2.3 掘進、出矸

3104主運順槽掘進采用EBZ-220H型懸臂式掘進機，出矸采用掘進機裝矸轉載至膠帶輸送機運輸。斷面內預留中間煤柱兩幫超前掘進，再掘頂部巖體，最后掘中間預留煤柱。

2.4 架棚支護

掘進機超前掘出一架棚距后，掛網(wǎng)、立棚腿并連鎖固定，在頂部掘出后上梁，安裝頂板金屬網(wǎng)、背板并連鎖固定。

3 ?方案實施情況

3.1 超前探放水

3.1.1 井下物探施工

由專業(yè)物探公司進行超前物探，采用YCS—40型瞬變電磁儀對掘進工作面進行物探。每次鉆探前進行超前物探。

物探方法：在工作面選好位置，將瞬變電磁儀開機并接發(fā)射線框，接好發(fā)射線框后發(fā)送一次脈沖磁場，通過接收線框接收信號，通過測量地下介質引起二次感應渦流磁場，測定測量前方介質電阻率大小，共測3次，每次測12組數(shù)據(jù)。分別對工作面正前方、巷道左幫和右?guī)瓦M行探測。由專業(yè)技術人員對探測電阻率變化圖形進行分析，查找有無異常區(qū)域。針對異常區(qū)域加密鉆孔進行鉆探驗證。每次超前物探距離100m。

3.1.2 井下鉆探驗證

由專業(yè)探水隊負責井下長、短探驗證。長探孔深100m，允許掘進70m，超前距留設30m，對存在物探異常的，加密探測;短探孔深15m，允許掘進10m，超前距留設5m。

長探布置2組鉆孔，每組3個，確保在巷道的水平方向和垂直方向上都呈扇形布置，以確保鉆探的方位達到全方位覆蓋。

第一組鉆孔位于巷道頂板向下1.2m，間距1.5m，中間孔在巷中與巷道中心線水平面呈+8°夾角向上，兩側與巷道中心線水平面方向上+8°、豎向面外偏8°。

第二組鉆孔位于巷道底板向上1m，間距1.5m，中間孔在巷中與巷道中心線平行，兩側與巷道中心線水平面0°夾角、豎向面外偏8°。

根據(jù)現(xiàn)場情況及實際需要、煤層傾角進行角度調整，增設鉆孔。

如果工作面無法布置鉆場，則在工作面一側開辟一個探水鉆場，做好臨時支護，鉆孔布置方法同上。

短探在工作面進行，每次布置6個鉆孔，孔深15m，1#、2#鉆孔巷中布置，上下間距1.1m，孔深要達到2號煤層上分層老空或巷道頂?shù)装鍨闇?巷中左側布置3#、4#孔，右側布置5#、6#孔，各孔在巷道中間高度布置，間距1.2m，水平呈扇形布置。各短探探水孔角度參數(shù)如表1所示。

3.2 超前加固圍巖

3.2.1 超前管棚施工

超前管棚尾部連接專用工具，采用YT-28風鉆震動打入松散圍巖中。遇有較硬巖石采用風鉆鉆眼后，人工或機械打入圍巖，超前管棚斷面示意圖3所示。

3.2.2 化學注漿加固和充填施工

采用2ZBQ80/11型礦用氣動雙液注漿泵注漿加固和充填工作。

注漿加固材料選用雙組分合成高分子聚亞胺膠脂材料，煤巖層不含水時產(chǎn)品膨脹率膨脹倍數(shù)為2～4倍。漿液采用A、B漿液混合注漿。A漿液為樹脂，B漿液為催化劑。加固注漿材料技術材料性質見表2。

注漿加固時前，安裝超前管棚中及時安裝孔口封孔裝置。尾部連接注漿管，注漿管路連接好后必須進行壓漿試驗，以檢查和確定注漿設備及管路的有效性和可靠性。并在壓漿試驗中注意觀察材料混合比例，保證注漿效果。

注漿時，把兩根吸料管分別插入加固材料樹脂和催化劑桶中，通過注漿泵使原料經(jīng)過活塞進入輸料管，輸送到注漿管中，通過注漿管注入煤巖層，原料滲入裂隙，進而快速反應達到加固的目的。密切觀察注漿區(qū)域煤巖體變化，出現(xiàn)漏料、串漿現(xiàn)象要及時處理。

達到停注要求后停止注漿。一般按照注漿壓力、注漿量及返漿情況現(xiàn)場確定停注時機。

充填注漿采用由兩種成份組成的注漿材料，用于充填空洞，密閉空氣和瓦斯以及加固斷裂程度高的地層。容積以4∶1混合樹脂和催化劑，發(fā)生快速反應生成泡沫，接著材料會快速膨脹到原體積的20倍以上。膨脹后，充填材料泡沫在幾分鐘內硬化。其使用的快速，高膨脹率，良好的抗壓能力以及突出的抗靜電性能，可以取得經(jīng)濟的、快速的、安全的充填效果。充填注漿工藝同加固注漿。充填注漿材料技術參數(shù)見表3。

3.3 巷道掘進、出矸

32104主運順槽采用綜掘機配合膠帶輸送機接力出煤。采取中間預留煤柱切割方法施工，掘進切割時分3步截割。第一步先切割兩幫1、2路線，切割完成后架設棚腿，第二部切割頂部3-4路線，架設棚梁，最后切割中間小煤柱部分5-7路線。32104主運順槽切割示意如圖4。

3.4 架棚支護

①在掘進機截割出全斷面或兩側棚腿位置后;安全檢查、鋼筋網(wǎng)片連接、安設前探梁臨時支護;測量主運順槽成型規(guī)格尺寸，中線至巷道左右?guī)透?320mm（上寬掘進斷面）、2874mm（下寬掘進斷面），按照中線、煤層底板標定出兩幫柱腿、柱窩部位。

②清挖兩幫柱腿、柱窩。采用鐵鍬、手鎬或風鎬清挖棚腿及棚窩部位，清理好后先掛設幫部網(wǎng)片，隨后安設兩幫棚腿，并用二寸鋼管聯(lián)鎖器進行聯(lián)鎖，工作面安設的棚腿與后方已架設好的棚腿連接成整體。

③架設工字鋼棚梁。工字鋼棚梁與棚腿搭接、安裝頂聯(lián)鎖器時，人員站在自制焊接的馬凳上進行，每次上馬凳前，必須先檢查其穩(wěn)定情況，確認無問題后方可施工，施工時要由班長統(tǒng)一指揮并設專人站在安全地點負責安全監(jiān)護工作，防止人員在馬凳上踩空造成事故發(fā)生。

④采用1000×200×50mm木背板盤幫接頂，頂6幫4布置，頂部木背板間距800mm（中至中）、幫部木背板間距800mm（中至中）交錯布置，保證成排成線。

4 ?實施效果

在32104主運順槽使用該技術順利通過442.5m老空區(qū)，在老空區(qū)下累計探放水量22341m3，沒有發(fā)生一次非鉆探出水事故，沒有發(fā)生頂板露頂垮塌事故，確保巷道安全施工。

工作面超前化學加固注漿和壁后充填注漿，在很短的時間內兩種漿液混合后就能膨脹凝固，起到補強加固、充填密實作用。

充分利用檢修班期間注漿和超前短探，生產(chǎn)班實現(xiàn)了正規(guī)循環(huán)，確保了施工工期，實際工期比合同工期提前22天。

5 ?結語

在整合礦井老空區(qū)下巷道施工中，采取超前鉆探，預注漿加固充填施工技術，有利于消除水害和頂板事故隱患，保證施工安全。

參考文獻：

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