高河煤礦E2311綜放工作面沿空留巷圍巖控制技術研究與應用

王煥斌

(山西高河能源有限公司，山西 長治 047100)

1 工程概況

山西潞安礦業(yè)(集團)有限責任公司高河煤礦E2311工作面位于東二盤區(qū)，工作面南、北均為未采區(qū)，東邊為礦界，西邊為+450 m水平北翼大巷，工作面切眼長度為320 m，設計長度走向為1 709 m。工作面所采為3號煤層，煤厚6.19～6.85 m，平均6.5 m，煤層中夾有一層泥巖，平均厚度0.20 m，煤層角為1～7°，平均3°，煤層頂板巖層為粉砂巖和細砂巖，底板巖層為粉砂巖和砂質(zhì)泥巖，具體煤層頂?shù)装鍘r層特征如表1所示。E2311工作面為東二盤區(qū)工作面，工作面南、北均為未采區(qū)，東邊為礦界，西邊為+450 m水平北翼大巷，工作面按三進一回+高抽巷布置，從南向北依次為回風巷、進風巷、高抽巷、膠帶巷、輔運巷。E2311工作面采用綜放開采，工作面采高3.5±0.2 m，放煤高度3.0 m，采放比1∶0.85，工作面回采期間采用沿空留巷技術，進風巷為沿空留設巷道，巷道寬度×高度=5 800 mm×4 100 mm，為保障綜放工作面留巷作業(yè)的順利進行，現(xiàn)對沿空留巷施工工藝及圍巖控制技術進行分析。

表1 頂?shù)装鍘r層特征

2 沿空留巷支護現(xiàn)狀及施工工藝

2.1 留巷支護現(xiàn)狀

E2311工作面進風巷原有支護采用錨網(wǎng)索+梯子梁，頂板錨桿采用D22 mm×2 400 mm的左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，頂板布置8根，間排距為800 mm×900 mm，頂板錨索采用D18.96 mm×8 300 mm的低松弛鋼絞線，錨索采用“四四”布置，間排距為1 400 mm×900 mm，巷幫錨桿采用D22 mm×2 400 mm的左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，幫部每排布置5根錨桿，間排距為900 mm×900 mm，錨桿的錨固形式均為端頭錨固；另外在留巷煤柱幫打設補強錨索，錨索規(guī)格為D18.96 mm×5 300 mm的低松弛鋼絞線，煤柱幫補強錨索采用“二二”布置，間排距為1 400 mm×800 mm，巷道頂板及兩幫錨桿均采用鋼筋梯子梁進行連接，鋼筋梯子梁采用D14 mm的圓鋼加工制作，巷道表面采用10號鉛絲編制的金屬網(wǎng)進行護表，網(wǎng)孔規(guī)格為50 mm×50 mm。

沿空留巷時巷旁充填體采用柔?；炷?，混凝土強度等級為C30，充填體寬度為1.5 m，充填體內(nèi)部采用D22 mm×1 700 mm的對拉錨桿進行加強支護，間排距為800 mm×900 mm，留巷作業(yè)時，在靠近采空區(qū)一側(cè)350 mm范圍內(nèi)架設木柱，巷道底板打設厚度為350 mm的C30混凝土，沿空留巷后巷道斷面為凈寬×凈高=4 000 mm×3 850 mm，具體E2311進風巷道沿空留巷期間支護方案如圖1所示。

圖1 E2311進風巷道留巷支護斷面(mm)

2.2 留巷施工工藝

1) 巷旁充填材料：沿空留巷作業(yè)時，充填材料為C30強度等級的混凝土，C30混凝土配合比如表2所示。柔?；炷辆哂凶粤髌脚浔?，該混凝土能夠?qū)崿F(xiàn)自密實，不易產(chǎn)生離析泌水現(xiàn)象[1-3]。

表2 C30泵注混凝土初步配合比kg

2) 柔模充填模板：該次沿空留巷采用柔性充填模板，模板由阻燃性礦用土工布制作而成，柔性充填模板材料經(jīng)鋼筋骨架串連而成，形成充填體邊界，可利用拆除的單體柱和模板作為臨時支承，構建混凝土巷旁充填體的澆筑空間，柔性模板能夠?qū)⒍嘤嗟乃峙懦觯行岣叱涮铙w的強度，利于圍巖控制。柔模袋規(guī)格為2 000 mm×1 500 mm×4 200 mm、3 000 mm×1 500 mm×4 200 mm、4 000 mm×1 500 mm×4 200 mm。

3) 工藝流程：該次沿空留巷巷旁充填體澆筑采用機械化施工，地面建立混料系統(tǒng)、刮板上料系統(tǒng)和泵送混凝土組，澆筑所用砂子、石子、水泥等在地面混合后，通過無軌膠輪車運至井下料場等待巷旁充填作業(yè)，井下充填泵組和料場最遠應布置在工作面前方250 m范圍內(nèi)[4]，當充填泵組靠近超前支護段時，應進行前移。工作面回采推進后，進行沿空留巷的準備和超前支護工作，隨后進行巷旁充填體的構筑作業(yè)，巷旁充填工藝流程可大致劃分為四個階段，分別為移架前、移架后、掛模板和巷旁充填，具體該次巷旁充填體施工工藝流程如圖2所示。

圖2 巷旁充填體施工工藝流程

2.3 支護效果分析

E2311進風巷道沿空留巷期間，在留巷內(nèi)設置圍巖變形觀測點，采用十字布點法進行留巷支護效果的分析，根據(jù)觀測結(jié)果能夠得出頂?shù)装寮皟蓭鸵平?、變形速率曲線如圖3所示。

分析圖3可知，進風巷道在原有支護方案下，留巷期間圍巖變形嚴重，其中巷道頂?shù)装逡平窟_到1 000 mm，煤柱與巷旁充填體間的相對移近量達到940 mm，在兩幫移近量中，煤柱幫的變形量占到90%；另外，在觀測期結(jié)束后，巷道圍巖仍在持續(xù)變形，圍巖持續(xù)變形后無法滿足后續(xù)工作面的回采使用要求，即需進一步采取有效的補強支護手段，以保障留巷圍巖的穩(wěn)定。

圖3 沿空留巷期間圍巖變形曲線

3 留巷圍巖控制技術優(yōu)化

3.1 支護方案優(yōu)化

根據(jù)E2311進風巷在現(xiàn)有支護方案下的圍巖變形特征可知，巷道留巷期間圍巖變形嚴重，穩(wěn)定性差?；趪鷰r變形的分析結(jié)果可知，留巷煤幫變形量較大，產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因為留巷期間，基本頂斷裂后，回轉(zhuǎn)下沉力大幅作用到煤柱幫上，不斷壓縮煤幫煤體，據(jù)此現(xiàn)擬采取煤幫注漿加固的方式，以提高煤幫承載體的承載能力，抵抗基本頂?shù)幕剞D(zhuǎn)下沉，同時增強二次采動影響階段煤幫抵抗上覆巖層荷載的能力。具體煤幫注漿方案如下：

1) 注漿孔深度：根據(jù)E2311工作面特征及眾多沿空留巷工程實踐可知[5-6]，工作面基本頂側(cè)向斷裂位置在4.76～4.81 m，該區(qū)域以外的煤體為主要的承載結(jié)構，注漿孔的深度應大于該深度，據(jù)此確定注漿孔深入煤體的垂直深度為5 m。

2) 注漿材料：該次注漿采用水泥漿，水泥采用425號普通硅酸鹽水泥，水灰比為0.5∶1。

3) 注漿孔間排距：根據(jù)現(xiàn)場試驗可知，水泥漿在煤幫的擴散半徑為1.5～3.2 m，漿液的擴散半徑變化較大，主要受到煤體內(nèi)節(jié)理裂隙發(fā)育程度的影響，為保障注漿效果，確定注漿孔排距為2 m，巷道斷面內(nèi)每排布置2個注漿鉆孔，靠近底板1 200 mm布置1排注漿孔，注漿孔參數(shù)為D42 mm×5 000 mm，注漿孔垂直煤幫布置，第二排注漿孔與底板間距2 400 mm，鉆孔參數(shù)為D42 mm×5 600 mm，與巷幫呈30°布置，具體注漿鉆孔布置形式，如圖4所示。

4) 注漿壓力：該次注漿終孔壓力為3 MPa。

圖4 注漿鉆孔布置示意(mm)

3.2 效果分析

E2311進風巷道采用煤幫注漿補強加固后，在進風巷道沿空留巷期間，持續(xù)進行留巷圍巖變形量的觀測分析，根據(jù)觀測結(jié)果能夠繪制出留巷期間圍巖變形情況，如圖5所示。

圖5 二次采動期間留巷圍巖變形曲線

分析圖5可知，E2311進風巷道留巷后，在留巷期間，巷道頂板下沉量的最大值為179 mm，底板鼓起量的最大值為241 mm，實體煤幫變形量的最大值為219 mm，巷旁充填體變形量的最大值為7 mm，留巷在滯后工作面100 m后圍巖變形速率便大幅下降，逐漸趨于穩(wěn)定。綜合上述分析可知，留巷采用煤幫注漿加固的補強方案后，有效解決了圍巖變形量大的問題，保障了沿空留巷圍巖的穩(wěn)定。

4 結(jié) 語

根據(jù)E2311工作面沿空留巷的具體特征，通過分析留巷現(xiàn)有支護及施工工藝，得出留巷在現(xiàn)有支護下圍巖變形量大，其中煤幫變形嚴重，基于留巷變形特征，設計在煤幫采用注漿加固的補強支護，根據(jù)煤幫注漿方案實施后，留巷期間圍巖變形分析得出，補強支護實施后，圍巖變形得到有效控制，保障了沿空巷道圍巖的穩(wěn)定。