掘進(jìn)面過斷層復(fù)合支護(hù)技術(shù)分析

＊溫 俊

（山西凱嘉能源集團(tuán)有限公司 山西 032000）

引言

在井下掘進(jìn)過程中，遇到斷層時(shí)，對(duì)掘進(jìn)工作帶來的影響較大，在揭露斷層時(shí)，不論是煤體還是巖體，整體的硬度會(huì)出現(xiàn)明顯的下降，特別是斷層上盤巖體若存在上抬的問題，容易在煤體內(nèi)出現(xiàn)坍塌危險(xiǎn)，從而導(dǎo)致頂板出現(xiàn)錯(cuò)距，嚴(yán)重情況下，可導(dǎo)致掘進(jìn)設(shè)備停止工作。從當(dāng)前掘進(jìn)遇到斷層后的支護(hù)來看，傳統(tǒng)單一的支護(hù)方式，在很多情況下，已經(jīng)不能滿足掘進(jìn)巷道支護(hù)的要求，采取復(fù)合型的支護(hù)措施，已經(jīng)是必然趨勢(shì)。因此，對(duì)掘進(jìn)面過斷層復(fù)合支護(hù)技術(shù)進(jìn)行分析有著較為重要的意義。

1.工程概況

XX煤礦運(yùn)輸大巷正處于掘進(jìn)階段，巷道設(shè)計(jì)采用的是錨網(wǎng)梁索聯(lián)合支護(hù)的方式，在巷道掘進(jìn)的過程中，揭露了F12正斷層，從現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量來看，斷層落差超過了7.5m，傾角為60°，從掘進(jìn)情況來看，掘進(jìn)面是從斷層的上盤進(jìn)入到斷層的下盤，在掘進(jìn)的過程中，出現(xiàn)了較為明顯的煤巖層上抬的情況，從現(xiàn)場(chǎng)測(cè)算表明，斷層的出現(xiàn)對(duì)巷道掘進(jìn)產(chǎn)生影響的長(zhǎng)度接近100m。圖1為掘進(jìn)面的布置情況圖。通過現(xiàn)場(chǎng)勘查和理論分析表明，若仍舊沿用巷道原設(shè)計(jì)采用的掘進(jìn)支護(hù)方式，不能較好保證巷道的穩(wěn)定性。因此，為了確保巷道支護(hù)的有效性，本次設(shè)計(jì)采用了“錨網(wǎng)索架棚”與“注漿加固”相結(jié)合的復(fù)合支護(hù)方式，對(duì)巷道受到斷層影響的階段進(jìn)行針對(duì)性的支護(hù)加固。

圖1 掘進(jìn)面的布置情況圖

2.掘進(jìn)面過斷層復(fù)合支護(hù)技術(shù)要點(diǎn)

(1)注漿加固技術(shù)要點(diǎn)

首先是注漿材料和注漿設(shè)備。在掘進(jìn)工作面揭露斷層之前的5m之前，施工技術(shù)人員對(duì)掘進(jìn)工作面前方的巖體進(jìn)行注漿加固，這對(duì)于提升松散巖體、煤體的強(qiáng)度與完整性有著明顯的作用。為了提升本次注漿效果，本次選擇使用了氣動(dòng)雙液注漿泵，同時(shí)，為了提升作業(yè)的效率，配合使用了兩臺(tái)氣動(dòng)攪拌桶。在進(jìn)行注漿時(shí)，選擇使用的材料是專門用于對(duì)圍巖破碎區(qū)域進(jìn)行加固的無機(jī)雙液注漿材料，這類注漿液體在沒有混合之前，可以在八個(gè)小時(shí)以上的時(shí)間內(nèi)保持液體的狀態(tài)，這對(duì)于保證注漿的效率、降低注漿成本較為明顯。在將液體混合后的五分鐘之后液體的流動(dòng)性就會(huì)明顯的下降，十五分鐘的時(shí)間內(nèi)可以達(dá)到完全固化的效果，在凝固后的兩個(gè)小時(shí)之后，整體的強(qiáng)度可以超過15MPa。

(2)注漿封孔分析

對(duì)于封孔深度的確定，應(yīng)當(dāng)全面從注漿作業(yè)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況出發(fā)，一般情況下，最小封孔的深度應(yīng)當(dāng)超過1m，圖2為注漿封孔作業(yè)示意圖。技術(shù)人員在封堵時(shí)，技術(shù)人員使用棉紗對(duì)鋼管兩端孔隙進(jìn)行完全的封堵，封堵之后再進(jìn)行注漿封堵，在漿液凝固時(shí)間超過20min之后，技術(shù)人員開展現(xiàn)場(chǎng)注漿作業(yè)。在具體封孔時(shí)，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格把控三個(gè)方面。首先，對(duì)漿液水灰比在滿足實(shí)際需要的基礎(chǔ)上，適當(dāng)進(jìn)行降低。其次，應(yīng)當(dāng)控制漿液在混合管內(nèi)停留時(shí)間超過3min。此外，在將注漿管全部取出后，在孔口的位置進(jìn)行適當(dāng)?shù)难a(bǔ)液。做好這三個(gè)環(huán)節(jié)的施工，對(duì)于提升注漿效果較為明顯。

圖2 注漿封孔作業(yè)示意圖

(3)注漿施工技術(shù)要點(diǎn)

在注漿作業(yè)時(shí)，施工深度應(yīng)當(dāng)超過3m的注漿孔，對(duì)注漿的效果進(jìn)行全面的觀察，將最佳的注漿參數(shù)全部確定下來，之后施工深度超過12m的注漿孔。由于掘進(jìn)巷道支護(hù)相對(duì)于其他類型巷道支護(hù)最大的不同在于，掘進(jìn)巷道屬于半封閉巷道，煤體、巖體整體的松散程度相對(duì)較高，由于現(xiàn)場(chǎng)施工條件的限制，較難判斷現(xiàn)場(chǎng)是否有漏漿的問題發(fā)生。所以，在本次注漿施工時(shí)，設(shè)計(jì)采用了間歇性低壓緩慢注漿的方式進(jìn)行注漿施工。具體參數(shù)為：對(duì)3m注漿孔進(jìn)行注漿時(shí)，將注漿壓力控制在5MPa左右，在對(duì)12m注漿孔進(jìn)行注漿時(shí)，注漿壓力控制在11MPa左右。同時(shí)，在注漿的過程中，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的情況進(jìn)行全面的觀察，若有漏漿問題的出現(xiàn)，則應(yīng)當(dāng)從實(shí)際情況出發(fā)，對(duì)注漿的壓力進(jìn)行嚴(yán)格的控制。特別是若在同一個(gè)的地點(diǎn)出現(xiàn)了煤體或者巖體松散的問題，或者出現(xiàn)有漿液漏出的問題，則應(yīng)當(dāng)提前結(jié)束注漿。本次注漿孔分布情況見圖3所示。

圖3 注漿孔分布圖

本次注漿過程中，注漿孔的孔徑全部為42mm，方向與煤壁垂直，淺孔每排布置的數(shù)量為三個(gè)，深孔每排布置的數(shù)量為兩個(gè)。

(4)錨網(wǎng)索架棚支護(hù)

首先，對(duì)頂板的支護(hù)。掘進(jìn)工作面本次選擇使用“全錨索”與“鋼筋托梁”相結(jié)合的復(fù)合支護(hù)方式，對(duì)錨索長(zhǎng)度的選擇，主要從頂板煤線的變化作為依據(jù)，長(zhǎng)度在6.3m到8.3m之間，圖4為本次支護(hù)，頂板錨索的布置圖。對(duì)巷道兩幫的支護(hù)，本次仍舊沿用傳統(tǒng)的支護(hù)方式。

圖4 頂板錨索布置圖

(5)頂板噴漿施工

在掘進(jìn)的過程中，若揭露到煤層，本次設(shè)計(jì)采用對(duì)頂板煤體進(jìn)行噴漿的方式進(jìn)行加固。由于在掘進(jìn)工作面進(jìn)行的噴漿作業(yè)，因此，本次選擇使用的是濕式噴射機(jī)完成噴漿作業(yè)。本次噴漿選擇使用的材料為石子、沙子及水泥，三者的比例為：2:2:1。沙子選擇使用的是中粗粒黃沙，水泥選擇使用的是硅酸鹽水泥，石子選擇使用的是小石子，粒徑控制在3mm左右。噴射混凝土的強(qiáng)度本次控制在C20之上，厚度控制在120mm以上。

(6)架棚支護(hù)施工

在掘進(jìn)工作面后30m的位置開始進(jìn)行棚子的架設(shè)，通過架棚的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)頂板的再次強(qiáng)化支護(hù)，架棚過程中，選擇使用單體液壓支柱作為架棚的棚腿，使用π型梁作為棚梁，形成組合梁的方式，設(shè)計(jì)“一梁兩柱”的方式進(jìn)行架棚。在架棚時(shí)，棚子和棚子之間的距離和現(xiàn)場(chǎng)施工的排距保持一致，在架棚施工的過程中，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置軟化液泵，主要作用是向施工點(diǎn)進(jìn)行液體的供應(yīng)。在架設(shè)棚子的過程中，棚腿需要在巷道的兩幫位置安裝，確保與巷道的底板接觸牢固。此外，為了更好的提升支護(hù)的強(qiáng)度，在棚梁的上方設(shè)置“井”字形的木垛，或者布設(shè)背板的方式，保證棚梁和頂板能夠?qū)崿F(xiàn)緊密的接觸，這對(duì)于提升支護(hù)的效果較為有效。

3.結(jié)束語

綜上分析，隨著我國(guó)煤礦開采深度的不斷增加，在深部開采中面臨的各種地質(zhì)情況更為復(fù)雜，特別是在巷道掘進(jìn)的過程中，遇到斷層的情況將會(huì)更多，面臨的支護(hù)挑戰(zhàn)將會(huì)更大，因此，這就需要煤礦企業(yè)充分認(rèn)識(shí)到當(dāng)前掘進(jìn)過斷層時(shí)，選擇復(fù)合支護(hù)技術(shù)的重要性，及時(shí)采取針對(duì)性的措施，全面提升支護(hù)實(shí)效，更好提升巷道掘進(jìn)工作的質(zhì)量和效率。