掘進面過老空區(qū)時綜合支護技術(shù)的研究

賈棟彭

（霍州煤電集團河津騰暉煤業(yè)有限責任公司，山西 河津 043300）

騰暉煤業(yè)在整合前各礦均開采了2 號煤層，由于采煤工藝落后，對2 號煤層造成了嚴重的破壞。目前計劃在三采區(qū)進行煤層復采。復采區(qū)巷道在掘進過程中會與以往小井采空區(qū)出現(xiàn)交叉，巷道整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差，傳統(tǒng)的錨網(wǎng)索聯(lián)合支護方案支護效率低下，難以滿足需求。

對于巷道穿越同層采空區(qū)的施工工藝，王凱等對太平礦六采區(qū)復采巷道掘進，提出了在掘進工作面前方架設鋼棚，并配合超前鋼釬施工工藝對復采掘進巷道進行支護，采用全斷面一次爆破的施工工藝進行施工，取得了良好的效果。龍鳳魁針對老空區(qū)頂板大面積垮落的問題，提出了注漿充填采空區(qū)形成再生頂板的施工工藝，采用鋁基超高水泥漿進行采空區(qū)充填，并測試了充填體力學性能，保障了工作面的安全。結(jié)合騰暉煤業(yè)的實際情況，本文提出了采用鋁基超高水泥漿進行采空區(qū)充填+巷道支護結(jié)構(gòu)優(yōu)化的方案[1-7]。

1 鋁基高水材料采空區(qū)注漿加固

鋁基高固水材料具有較高的流動性，在巷道進行注漿加固的時候，需要根據(jù)井下實際地質(zhì)情況選擇不同的注漿加固方案。根據(jù)三采區(qū)復采條件對多種鉆進方案的分析，最終確定在已探測有空巷且已揭露的情況下采用鉆孔注漿加固方案，在已揭露空巷且采空區(qū)未垮落的位置采用開放式注漿。

1.1 開放式注漿加固

開放式注漿加固，采空區(qū)空巷內(nèi)完全處于開放狀態(tài)，注漿端部設置一個注漿閥，且其扎入沉渣不應小于80 mm，在進行充填時根據(jù)注漿液的狀態(tài)變化涵蓋了注漿液的初凝、注漿液的過渡、注漿液基本固化、注漿液完全固化四個階段。開放式注漿如圖1。

圖1 開放式注漿示意圖

在采用開放式注漿時需要根據(jù)注漿過程進行注漿料配比的調(diào)整，初凝區(qū)和過渡區(qū)域的注漿料需要具有快速凝結(jié)的效果，提高注漿的可靠性。注漿充填時對于破碎較大的煤體，需要用封堵材料進行封堵，避免注漿料從裂縫處滲漏。

1.2 鉆孔式注漿加固

鉆孔式注漿在空巷已揭露的情況下采用鉆孔注漿方式，將周圍的煤矸石、碎石、煤塊等形成一個穩(wěn)固的整體，提高圍巖的穩(wěn)定性和施工效率。根據(jù)井下的實際情況，將注漿孔設置在掘進工作面的迎頭區(qū)域，距離老空區(qū)約為5 m。鉆孔注漿充填如圖2。

圖2 鉆孔充填示意圖

由圖2 可知，在進行鉆孔注漿時，當掘進到距離老空區(qū)約5 m 的位置時停止掘進，在迎頭的位置開始鉆注漿孔對老空區(qū)進行注漿。在注漿的過程中對老空區(qū)的充填效果進行監(jiān)測，若存在盲區(qū)則需要補充注漿孔進行補充注漿，直到將老空區(qū)全部充填完成為止。

在注漿時為了保證注漿的可靠性，需要將注漿孔設置在巷道頂板下側(cè)約1400 mm 處，注漿孔的數(shù)量需要根據(jù)巷道的寬度來確定。井下共設置3 個注漿孔，分布在巷道中間、左側(cè)25°、右側(cè)25°的位置，確保老空區(qū)及巷道兩幫向外約5 m 的區(qū)域能夠完全被覆蓋，提高注漿加固區(qū)的穩(wěn)定性。由于井下采空區(qū)較高，鉆孔時需要鉆到空巷位置，注漿管的埋入長度不應低于10 m，注漿孔的直徑為52 mm。

注漿的過程中采用多次循環(huán)注漿的工藝，首先在中孔內(nèi)注漿加固，待漿液初步固化后再分別對左側(cè)和右側(cè)的注漿孔注漿。

2 巷道支護結(jié)構(gòu)優(yōu)化

為解決傳統(tǒng)錨網(wǎng)索聯(lián)合支護所存在的效率低、安全性差的不足，結(jié)合騰暉煤業(yè)井下的實際情況提出了臨時支護、錨網(wǎng)索+鋼棚永久支護相結(jié)合的巷道支護結(jié)構(gòu)方案。

2.1 臨時支護

在過空期間，為提高前探梁的完整性，采用了金屬前探梁臨時支護結(jié)構(gòu)，利用“U”型卡把梁卡入棚梁上的卡槽處。為了提高固定強度，所使用的“U”型卡厚度不得小于30 mm?？ㄈ搿癠”型卡后，需要在兩側(cè)設置緊固螺栓，保證“U”型卡在使用過程中不會脫出。其固定結(jié)構(gòu)如圖3。

圖3 前探梁臨時固定結(jié)構(gòu)示意圖（mm）

在進行巷道掘進作業(yè)過程中，為了避免在爆破時注漿加固區(qū)域的碎石脫落，影響鋼棚的穩(wěn)定性，需要在鋼棚的棚腿位置采用“U”型卡進行加固。棚腿位置的“U”型卡呈三角狀分布，每隔三個棚腿進行一次固定。所使用的“U”型卡應具備更高的結(jié)構(gòu)強度，采用高強度不銹鋼制作，兩側(cè)分別燒焊一個直徑為22 mm 的圓盤并用規(guī)格為Φ20 mm×2000 mm的高強度左旋螺紋鋼錨桿進行加固。整體固定結(jié)構(gòu)如圖4。

圖4 棚腿加固方案圖（mm）

2.2 錨網(wǎng)索鋼棚聯(lián)合支護

在揭露老空區(qū)域前后各10 m 的區(qū)域內(nèi)利用錨網(wǎng)索+鋼棚進行聯(lián)合支護，為提高支護效率，在過老空期間，可以采用鋼棚支護。在老空區(qū)域前后側(cè)各20 m 的區(qū)域內(nèi)，以高強度錨索為基礎按2-2-2 的方式進行布置。根據(jù)地質(zhì)結(jié)構(gòu)，在進行永久支護時需要先打設錨索網(wǎng)支護，再進行鋼棚的支護。鋼棚的棚距不大于500 mm 且需要滯后錨網(wǎng)索永久支護一個排架的距離，在鋼棚的棚梁和棚腿位置各設置2 組拉桿，提高鋼棚的穩(wěn)定性。永久支護如圖5。

圖5 井下巷道永久支護結(jié)構(gòu)示意圖（mm）

在支護時，頂板采用Φ20 mm×2000 mm 高強度錨桿配W 鋼帶支護，錨桿間排距為1000 mm×900 mm，鋪設雙層菱形金屬護網(wǎng)。巷道兩幫采用Φ20 mm×2000 mm 的高強度錨桿配W 鋼帶支護，錨桿間距和頂板錨桿支護間距一致。

3 支護效果

對掘進期間巷道圍巖變形情況結(jié)果如圖6。

圖6 新型支護方案下巷道變形量統(tǒng)計

采用新的過老空區(qū)支護方案后，巷道兩幫的移近量由最初的260 mm 降低到了目前的109 mm，變形量降低了58.1%；巷道頂板的下沉量由最初的227 mm 降低到了目前的91.6 mm，變形量降低了59.6%；巷道的底鼓量由最初的76.8 mm 降低到了目前的19.7 mm，底鼓量降低了74.3%。新的支護方案顯著提升了騰暉煤業(yè)井下過老空期間巷道掘進的穩(wěn)定性。

4 結(jié)論

針對騰暉煤業(yè)2#煤層復采區(qū)條件，提出了采用圍巖注漿充填加固+快速支護技術(shù)，結(jié)果表明：

（1）在已探測有空巷且已揭露的情況下采用鉆孔注漿加固方案，在已揭露空巷且采空區(qū)未垮落的位置采用開放式注漿，能夠有效提升注漿的可靠性；

（2）臨時支護、錨網(wǎng)索+鋼棚永久支護相結(jié)合的巷道支護結(jié)構(gòu)，能夠根據(jù)不同區(qū)域針對性地進行支護，在保證支護安全性的基礎上提高了支護效率；

（3）巷道兩幫的移近量比優(yōu)化前降低了58.1%，巷道頂板變形量比優(yōu)化前降低了59.6%，巷道底鼓量比優(yōu)化前降低了74.3%，巷道的掘進效率由60～70 m/月提升至100 m/月以上，有效提升了騰暉煤業(yè)掘進效率和安全性。