泰山隆安礦8102工作面風氧化帶掘進施工實踐

王 強

(山西煤炭運銷集團 泰山隆安煤業有限公司， 山西 忻州 036600)

泰山隆安礦8102工作面位于井田東部靠近煤層露頭處，該工作面走向長2 337 m，煤層厚度3.2～4.0 m，平均3.5 m. 根據8102工作面掘進過程中揭露：8102回風順槽東部靠近8#煤層露頭區域，煤層裸露于地表，因常年與地表空氣接觸，巖層及煤層不同程度地遭到了風化和氧化，導致隱伏煤層露頭區域及附近煤質變差。另外，由于地表水通過隱伏煤層露頭向巖層滲漏，再通過層流與附近巖層及富水裂隙溝通，導致巖層被間接風化侵蝕，頂板巖層酥軟。受煤層露頭處風氧化的影響，靠近8102回風順槽附近及東部煤層頂板煤巖層均受到風氧化的影響，導致頂板上部泥巖層風化酥軟；同時頂板滴淋水增大，增加掘進施工難度。為保證掘進安全，對風氧化帶掘進施工進行了技術分析，提出了支護方案，取得了良好的施工效果。

1 工程概況

1.1 地質概況

從泰山隆安煤業8102工作面鉆孔ZK1004附近揭露情況看，煤層埋深約159 m.根據掘進施工過程中采用錨索鉆孔現場核實，煤層上部賦存一層極不穩定0.27 m厚的泥巖(夾矸)，0.65 m厚的煤，0.82 m厚的泥巖，0.73 m厚的中砂巖，3.71 m厚的泥巖，且頂板淋水較大，施工過程中頂板隨掘隨冒，為典型風化軟巖。8102工作面頂板柱狀圖見圖1.

圖1 8102工作面頂板柱狀圖

1.2 技術分析方案設計

在原設計方案中，頂板采用錨桿+錨索+網聯合支護，該支護方案遇風化軟巖后錨固力達不到設計要求甚至完全失效。因此，提出了以下支護方案：

1.2.1冒頂高度小于1.5 m時

工字鋼棚支護：在風氧化帶軟巖處采取錨索+鋼筋網片支護后，架設11#工字鋼棚進行支護，采用道木進行接頂防止二次漏頂，同時及時采取噴漿封閉。工字鋼棚支護示意圖見圖2.

圖2 工字鋼棚支護示意圖

施工要求及安全措施：

1) 要求現場施工時須進行短掘短支，循環進尺不能超過1 m，施工時須按巷道斷面掘單側一半進行掘進(掘進寬度不得超過2.5 m)并支護。

2) 頂板淋水范圍較大現場需采取集中打孔安設導水軟管進行放水處理。

3) 施工過程中要加強敲幫問頂，及時處理活矸，嚴禁超循環或違規作業，巷道必須及時支護、噴漿封閉。掘進支護時必須采取機載前探梁臨時支護(鑒于機載前探梁空隙較大頂部須鋪設雙層鋼筋網片)。

4) 巷道掘進支護到位后及時架設工字鋼棚進行補強支護，工字鋼棚排距0.8 m，工字鋼棚必須采用道木背緊剎實。

5) 現場工字鋼棚、木點柱、道木必須備足，同時儲備相關應急材料及工器具。

6) 在漏頂前、后5 m范圍安設頂板離層儀，安排專人每班進行觀測并建立臺賬，如有異常及時匯報。

7) 工字鋼棚無法接頂時應采用枕木進行接頂。接頂示意圖見圖3.

圖3 接頂示意圖

1.2.2冒頂高度大于1.5 m，前方圍巖風化較小

工字鋼棚+超前導管支護：在工作面迎頭頂板輪廓線打一排間距300 mm、長2 m、d 42 mm的超前孔，打入的方向和角度與巷道周邊前掘方向一致，使用DN40鋼管插入超前孔內，另一頭采用錨索懸吊并架在工字鋼梁上，剩余的鋼管留在煤臂內，起到護頂的作用，形成超前支護。在掘進過程中，使用鐵絲網加鋼筋網、錨索+鋼棚，錨索每排3根，間距2 m.工字鋼棚+超前導管支護示意圖見圖4.

圖4 工字鋼棚+超前導管支護示意圖

施工要求及安全措施：

1) 錨索及工字鋼棚安全支護措施同冒頂高度小于1.5 m時的支護措施。

2) 施工超前導管時需3人配合，2人負責安裝，1人負責觀察頂板，若頂板有異常情況，應停止施工撤出人員。

3) 施工超前導管需登高作業時，應架設高凳，并系好安全帶。

1.2.3冒頂高度大于1.5 m，前方圍巖風化嚴重

若頂板圍巖風化嚴重，前兩種施工方法均無法完成施工，可考慮注漿工藝。考慮風氧化帶圍巖破碎嚴重，巖石粒徑較小，一般采用間歇式注漿工藝[1]. 同時考慮此次注漿主要用于加固掘進圍巖，決定采用淺孔注漿，即巷道表層向內200～600 mm注漿[2].一般而言，進行注漿前需對注漿區域的巖石物理性質進行觀測，根據其他煤礦施工經驗，決定采用鉆孔窺探儀[3]對工作面不同區域進行鉆孔窺視。局部窺視成果見圖5.

圖5 鉆孔局部窺視成果圖

由圖5可知，該區域裂隙發育，空隙連通性強，可注性良好，注漿主要以劈裂和滲流為主。綜合掘進施工進度，每次注漿長度為工作面前方5 m. 馬麗散作為一種高分子注漿材料，能將破碎圍巖重新膠結為整體，提高承載能力[4]. 故本次注漿材料選用馬麗散。

施工要求及安全措施：

1) 注漿時需7人協作完成，3人攪拌制漿同時負責攪拌桶，遞料，下料；2人負責搬運材料；1人負責注漿泵操作，1人負責觀察注漿過程。

2) 每日注漿前，應提前將所需材料搬運至注漿設備附近，以便使用。

3) 注漿壓力、泵速(流量)根據注漿情況及時調節，一般采用先小后逐步增大的方式。

4) 所有人員不能遠離自己崗位，注漿泵操作人員負責看護注漿泵，調整注漿壓力和泵速；注漿看護人員要觀察注漿泵是否吸漿，下料是否一致，出現問題及時反饋調整。

5) 當遇到漏漿時，暫停注漿泵，采用棉紗或者棉紗蘸取封孔材料封堵方式。

6) 高壓注漿膠管和注漿鋼管必須采用鏈條或鐵絲固定至巷幫上，以防止脫扣傷人。

7) 注漿期間，身體要避開注漿管口正面。

8) 本班注漿工作結束后，對攪拌桶、注漿泵、注漿管路進行清洗，并對材料、設備、管路進行歸置。

9) 交接班時需進行現場技術交底，把設備使用情況、注漿情況、材料性能等交代清楚。

2 應用效果

泰山隆安礦通過對不同圍巖條件下巷道支護分別設計，取得了良好的效果：

1) 巷道冒頂高度小于1.5 m時，頂板雖破碎松軟，但還具有一定的整體性，采用工字鋼棚進行支護并接頂嚴實，可有效避免頂板下沉，穩固圍巖，達到了預期支護效果。

2) 巷道冒頂高度大于1.5 m，圍巖未完全軟化，具有一定的整體性，通過施工超前導管，可提前形成人工假頂，能有效控制頂板。

3) 當圍巖風化嚴重，施工超前導管雖可暫時形成人工假頂，但綜掘機截割后假頂并不穩固，極易連同圍巖一起掉落，帶來二次事故，故采用注漿加固圍巖。實踐證明，馬麗散具有較好的黏結性，其良好的韌性和黏結強度控制了圍巖裂隙發展，使圍巖重新形成承載機構，恢復自穩能力。同時其還有封堵巷道頂板水功能，進一步阻止了水對圍巖的破壞。

3 結 論

1) 根據圍巖條件不同，采用不同的支護方案，避免了在圍巖較好區域施工超前導管和注漿工藝帶來的施工工序復雜，施工工期較長，巷道延米造價高等缺點。

2) 風化氧化帶巷道掘進施工技術已發展成熟，應根據現場施工實際采用不同的技術方案，減小施工難度，縮短施工工期，節約資金。