掘进巷道过冒落空巷综合治理技术研究
时间：2022-12-04 18:45:05 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
胡方芳
（山西焦煤霍州煤电集团有限公司李雅庄煤矿，山西 临汾 031499）
山西焦煤霍州煤电集团有限公司李雅庄煤矿采用综合机械化开采方法，布置正规工作面。受以往小煤窑私挖滥采影响，井田内分布大量废弃空巷，对回采产生较大影响，顶板、瓦斯、水害威胁突出[1-2]。以2-618 工作面胶带顺槽掘进过空巷为工程背景，研究过空巷冒落区综合治理技术。
李雅庄煤矿开采2#煤层，平均厚度3.3 m，煤层倾角8°。目前正在布置2-618 工作面，走向长度1050 m，倾斜长度230 m，布置2-6181 进风和2-6182 回风两条顺槽。顺槽直接顶为细粒砂岩，平均厚度4.7 m，基本顶为中粒砂岩，平均厚度1.2 m。
顺槽设计断面为矩形，净高3.8 m，净宽5.2 m，沿煤层顶板掘进，采用锚网梁+锚索联合支护方式。
顶锚杆长度2500 mm，间排距为800 mm×900 mm，帮锚杆长度2000 mm，间排距750 mm×900 mm。顶板采用锚索加强支护，长度7200 mm，间排距1400 mm×1800 mm。
在2-6181 进风顺槽掘进至685 m 进尺时，揭露小煤窑空巷，空巷在顺槽顶部，与顺槽呈斜交关系，空巷内已经完全冒落塌实。揭露点发生持续的冒顶现象，最终在掘进迎头顶部形成一个直径约5 m、高度约5 m 的漏斗状空顶区，如图1 和图2 所示。目前掘进已经停止，需要处理后方可掘进。
图1 2-6181 进风顺槽过空巷位置示意图（m）
图2 过空巷空顶区剖面图（m）
掘进迎头冒落高度大，冒顶空间内围岩十分破碎，虽然已经不再掉落碎矸，但存在再次冒顶风险。计划退后1 m 左右，在已支护区域构筑止浆墙，对冒落空间进行全部充填，等充填体达到设计强度后再开始掘进。
（1）充填管路预埋
提前预埋两组管路，管路采用Φ25 mm 高压胶管，两组管路分别距离巷帮0.5 m，每组管路分为两趟，一长一短，长管出浆口采用钢筋梯梁固定至空顶区最高处，短管出浆口固定至巷道顶部。为防止充填过程中漏浆，掘进迎头退后1 m 实施一道止浆墙，止浆墙周边采用编织袋等填塞密实，将管路从止浆墙上方引出。如图3。
图3 管路预埋示意图（m）
（2）充填体分层设计
充填体采用上下分层设计形式。
下分层为掘进高度范围，即巷道高度，将来需要掘进机截割，因此下分层采用低强度充填体，设计强度4 MPa，也有利于节约材料使用量。
上分层为掘进高度范围以上空顶区，充填采用高强度充填体，设计强度8 MPa，高强度充填体有利于掘进期间顶板支护管理，也有利于将来工作面回采时动压影响下保持稳定。如图4。
图4 分层充填示意图
（3）分层充填材料
采用高水充填材料，为一种纯无机材料，固态粉末状，25 kg/包，分为A 型和B 型，A 型主要成分为硫铝酸盐水泥，B 型主要成分为脱水石膏。单浆搅拌后能够存放2 h 不沉淀、不泌水，能够实现远距离泵送，混合后快速反应凝固，强度快速增长。
高水充填材料可以通过水灰比控制流动性能和强度，满足不同的工程需求，水灰比范围为0.8:1～6:1，在各水灰比条件下均能完全凝固，不发生泌水。
根据分层充填强度要求，在下分层采用3:1 水灰比，在上分层采用1.5:1 水灰比。两种水灰比条件下材料性能参数见表1。
表1 高水充填材料两种水灰比下性能参数表
高水充填材料消耗预计：
下分层充填空间约118.5 m3，水灰比3:1，每1 m3空间材料消耗330 kg，消耗充填材料39.1 t。
上分层充填空间约98 m3，水灰比1.5:1，每 1 m3空间材料消耗560 kg，消耗充填材料54.9 t。
共需94 t，考虑空顶区周边裂隙浆液流失等因素，按照1.1 倍系数准备，实施充填现场需要准备104 t 高水充填材料。
高水充填材料具备早强特性，3 d 强度可以达到最终强度的80%以上。充填完毕满3 d 后，充填材料达到设计强度，方可拆除止浆墙，继续掘进。
（4）充填设备
采用大流量的ZBYSB210/9-18.5 kW 液压注浆泵和JDW1000 型搅拌机作为注浆设备。
设备充填能力：采用连续充填方式，液压注浆泵实际工作能力170 L/min，每小时可充填10 m3，现场总计充填空间216 m3，预计24 h 可完成充填。
（5）分层充填控制方式
先充填下分层，后充填上分层。
注浆泵连接第1 组短充填管，按照3:1 水灰比配置浆液。当从第2 组短充填管发生返浆时，代表底部已经充填完毕，拆管并封闭短充填管管口。
注浆泵连接第1 组长充填管，按照1.5:1 水灰比配置浆液。当从第2 组长充填管发生返浆时，代表顶部基本充满，可以将第2 组长充填管管口封闭。继续注浆，直到达到2 MPa 左右注浆压力时，代表已经彻底注满，拆管并封闭所有充填管管口。
（6）冒顶区锚索补强支护
在通过冒顶区后，对充填体进行锚索补强支护，防止充填体坠落。
巷道原始支护设计顶锚索长度7200 mm，间排距1400 mm×1800 mm。对冒顶区域锚索进行加密，每排3 根，间距不变，排距缩小至900 mm，过冒顶区后恢复正常支护形式。
空顶区以外顶板为冒落矸石区域，长度约7 m，冒落矸石区域顶板破碎、疏松，对掘进和支护存在较大影响：（1）掘进工作面从下方经过时，控顶困难，冒顶隐患突出；
（2）在进行锚索支护时，难以成孔，成孔后无法有效锚固，锚固力不足导致支护效果差。
为了解决掘进和支护问题，必须提前对冒落矸石区域进行注浆改造，提高顶板完整性和强度。在向前掘进5 m 后，利用充填体作为止浆层，提前进行预注浆加固。如图5。
图5 冒落矸石区域预注浆示意图（m）
（1）预注浆钻孔布置
预注浆加固范围为巷道正上方及两侧顶板，加固高度超过锚索锚固端，有利于锚索锚固，锚索长度7.2 m，注浆钻孔终孔位置在顶板上方8.5 m 左右。
钻孔布置一排，共3 个钻孔，间距2.1 m，开孔高度距离顶板0.3 m，孔深12 m，仰角均为55°，中间钻孔垂直于巷道倾向，两侧钻孔向两侧发散，与巷道走向中心线夹角10°，孔径50 mm，采用架柱式钻机施工。钻孔布置如图6。
图6 预注浆钻孔布置示意图（m）
采用循环注浆方式，每往前掘进5 m，进行一轮预注浆，直到完全通过冒落矸石区域为止。
（2）注浆材料
冒落矸石区域延伸范围较大，注浆关键在于控制浆液扩散范围，仅对掘进巷道上方及两侧一定范围进行加固即可，无序扩散会导致注浆材料使用量增大，浪费材料，因此注浆材料必须具备快速凝固的特性。
采用高水充填材料，1:1 水灰比，约1～2 min 失去流动性，5～10 min 完全固化，2 h 强度10 MPa，1 d 强度18 MPa。
（3）封孔方式
注浆管采用“4 分镀锌钢管+PVC 管”组合方式，孔内全长插管，外部2 根采用4 分镀锌钢管，规格为2 m/根，点焊铁丝便于固定棉纱封孔，内部全部采用PVC 管。
封孔长度2～4 m，视漏浆情况确定，漏浆严重取大值，不漏浆取小值。
（4）注浆工艺
注浆系统包括一台ZBYSB210/9-18.5 kW 液压双液注浆泵、两台电动搅拌桶JDW1000、2 个盛浆桶和若干管路。搅拌桶搅拌好的浆液放入盛浆桶后继续制浆，双液注浆泵通过两趟管路分别输送A 料和B 料，实现远距离输送，在充填点采用三通混合器混合。注浆终止压力应控制在4 MPa 左右。
4.1 实施情况
预埋管路、止浆墙建设、现场准备等用时2 d，空顶区充填消耗101 t，注浆使用22 t，共使用123 t高水充填材料。高水充填材料凝固速度快，随充随硬，未出现漏浆现象。共计耗时10 d 掘进工作面完全通过冒落区。
4.2 效果考察
完成充填后1 d，向顶部施工窥视钻孔，发现充填体与顶板紧密贴合，没有离层，表明已经完全充满。充填后对顶板实施补强锚索，锚固力足够。掘进工作面过充填区域和冒落矸石注浆区域时，顶板完整，未发生冒顶现象，安全快速通过。对冒顶区域进行为期6 个月顶板观测，顶板稳定，未发生明显下沉。
（1）对掘进迎头冒顶区采用分层全部充填处理方案，下分层采用低强度充填体，设计强度4 MPa，上分层采用高强度充填体，设计强度8 MPa，并对空顶区以外的冒落矸石区域进行预注浆加固。
（2）空顶区完全充满填实，掘进工作面安全快速通过充填区域和冒落矸石注浆区域，未发生冒顶现象。充填区域顶板在6 个月观测期限内未发生明显下沉。
猜你喜欢 矸石水灰比锚索 悬浇拱桥索力设计计算分析运输经理世界(2022年4期)2022-09-28煤矿巷道顶板锚索受力特征与分区锚固机理煤炭科学技术(2022年5期)2022-07-20排矸方式对矸石山稳定性的研究煤炭科学技术(2022年3期)2022-04-29煤矿矸石充填开采技术的研究与应用煤炭与化工(2022年3期)2022-04-08端部参数激励下水中悬浮隧道锚索振动响应分析西部交通科技(2021年3期)2021-06-15选煤厂手选矸石系统技术改造及智能选矸可行性分析科学与财富(2021年35期)2021-05-10矸石充填采煤技术对矿压规律的影响分析智富时代(2019年7期)2019-08-16矸石充填采煤技术对矿压规律的影响分析智富时代(2019年7期)2019-08-16论混凝土质量影响因素企业文化·中旬刊(2017年6期)2017-06-17混凝土地面起粉的原因分析与控制措施建材发展导向(2016年3期)2016-05-23
