切頂卸壓自動(dòng)成巷支護(hù)工藝實(shí)踐探析

薛杰毅

（霍州煤電集團(tuán)呂梁山煤電有限公司木瓜煤礦，山西 方山 033100）

1 工程概況

霍煤方山木瓜煤礦10-102 工作面位于一采區(qū)準(zhǔn)備巷道左翼，上部為9-104、9-106 采空區(qū)。該工作面以北為一采區(qū)三條大巷，以南為實(shí)體煤，緊鄰采區(qū)采掘邊界線，以西緊鄰10-106 采空區(qū)，以東緊鄰10-100 掘進(jìn)工作面，靠近南區(qū)三條大巷。回采區(qū)域與上覆9#煤層間距為0.9～8.5m，平均4.7m，10-1021 巷末端層間距較薄。礦井10-102 工作面走向全長(zhǎng)586m，煤層平均厚度2.8m，開切眼距停采線653m，102 綜采工作面沿空留巷長(zhǎng)度約為180m。根據(jù)礦壓資料顯示，該工作面初期來壓步距在18～25m 之間，巖石碎脹系數(shù)為1.52。

2 切頂卸壓沿空留巷支護(hù)設(shè)計(jì)

2.1 巷旁加強(qiáng)支護(hù)

為有效維護(hù)巷道圍巖穩(wěn)定性，防止頂板破碎圍巖大面積垮落進(jìn)入巷道內(nèi)部，影響機(jī)電設(shè)備的正常運(yùn)行與工作面的推進(jìn)，提出通過巷旁加強(qiáng)支護(hù)改善圍巖破碎情況[1]。具體方法擬采用單體支柱+11#工字鋼+鋼筋網(wǎng)在支架后方進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，在工作面破碎區(qū)域，進(jìn)行單體支柱配合工字鋼聯(lián)合支護(hù)。各單體支柱的間距為0.6m，采用間隔均勻布置的方式，11#工字鋼固定在各單體支架之間，各工字鋼的間距為0.6m，工字鋼通過鋼筋網(wǎng)進(jìn)行固定，鋼筋網(wǎng)規(guī)格為2300mm×800mm。巷旁加強(qiáng)支護(hù)斷面如圖1所示。

圖1 巷旁加強(qiáng)支護(hù)斷面圖

2.2 巷內(nèi)加強(qiáng)支護(hù)

在端頭支架后面的15m 之內(nèi)，在單體支柱的頂部架設(shè)花邊粱，花邊粱規(guī)格為2.4m；15m 以外的區(qū)域，設(shè)置單體支柱、花邊粱，規(guī)格為4.2m，布置方式為一梁四柱。巷道破碎處進(jìn)行加密支護(hù)。工作面推進(jìn)100m 之后，花邊粱以及單體支柱均可回收利用[2]。巷內(nèi)加強(qiáng)支護(hù)示意如圖2 所示。

圖2 巷內(nèi)加強(qiáng)支護(hù)示意圖

2.3 注漿錨桿圍巖控制技術(shù)

10-102 工作面頂板為復(fù)合型頂板，在通過預(yù)裂爆破進(jìn)行切頂卸壓的過程中，頂板破碎嚴(yán)重，垮落的區(qū)域較大。由于垮落巖體松軟破碎，形成的充填支護(hù)體結(jié)構(gòu)整體性較差，難以形成穩(wěn)定的支護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)上覆煤巖體進(jìn)行有效承載。針對(duì)該現(xiàn)象，提出對(duì)周圍松軟破碎的圍巖進(jìn)行注漿加固處理，即在巷道圍巖體中打設(shè)注漿錨桿，通過壓力泵對(duì)鉆孔注射填充漿液，使?jié){液與圍巖充分接觸、擴(kuò)散，充滿圍巖的裂隙。在注漿液體凝固后，將巷道松軟破碎的圍巖凝結(jié)成一個(gè)結(jié)構(gòu)性完整的承載體，與巷旁支護(hù)體共同形成支護(hù)結(jié)構(gòu)，有效控制圍巖體的變形情況，保證圍巖的穩(wěn)定性[3]。

設(shè)計(jì)每個(gè)斷面打設(shè)三排注漿錨桿，底排錨桿位于巷道底板上方0.3m 處，各錨桿間排距為0.8m×0.8m，保證注漿孔與巷道兩幫垂直。注漿錨桿布置示意圖如圖3 所示。

圖3 注漿錨桿布置示意圖

注漿選用的材料為雙液水泥漿，主要成分為水泥、水與水玻璃。在注漿過程中，需控制注漿壓力在5MPa 以上，持續(xù)觀測(cè)注漿壓力計(jì)示數(shù)變化，待各鉆孔注漿壓力穩(wěn)定在9～10MPa 之間時(shí)，注漿完成[4-5]。

為了檢測(cè)注漿水泥量對(duì)錨桿扭矩值的影響作用，在102 工作面運(yùn)輸巷道進(jìn)行了水泥用量測(cè)驗(yàn)。在試驗(yàn)區(qū)段，分別用100kg、200kg、250kg 的水泥進(jìn)行鉆孔注漿，在注漿完成后的一段時(shí)間，通過扭矩扳手進(jìn)行抗扭矩分析。三種不同水泥使用量與錨桿抗扭矩的關(guān)系如圖4 所示。

圖4 三種水泥用量與錨桿抗扭矩關(guān)系

通過圖4 可以看出，在注漿完成的第1d 前后，水泥用量為100kg、200kg、250kg 的錨桿抗扭矩值分別為174N·m、245N·m 和260N·m；在注漿完成的第2d 前后，水泥用量為100kg、200kg、250kg 的錨桿抗扭矩值分別為360N·m、400N·m和415N·m；在注漿完成的第3d 前后，水泥用量為100kg、200kg、250kg 的錨桿抗扭矩值分別為438N·m、500N·m 和500N·m；在注漿完成的第4d前后，水泥用量為100kg、200kg、250kg 的錨桿抗扭矩值趨于穩(wěn)定。三種不同水泥用量的抗扭矩值都達(dá)到了500N·m。

通過對(duì)數(shù)據(jù)分析可知，當(dāng)水泥用量為250kg 時(shí)，注漿錨桿在初期的抗扭矩值變化率較大，在相同的注漿周期內(nèi)，抗扭矩值高于其他兩種方案。在注漿時(shí)間達(dá)到4d 以后，三種方案的錨桿抗扭矩值達(dá)到一致。針對(duì)圍巖破碎嚴(yán)重，亟待維護(hù)的區(qū)域，采用水泥用量為250kg 的注漿方案能夠更有效地控制圍巖變形發(fā)展，維護(hù)巷道圍巖的穩(wěn)定性。

2.4 采空區(qū)擋矸支護(hù)

通過預(yù)裂爆破進(jìn)行切頂卸壓后，在切縫附近往往會(huì)出現(xiàn)頂板破碎甚至伴隨局部大面積垮落的現(xiàn)象。隨著工作面的推進(jìn)，鄰近采空區(qū)附近的圍巖垮落，對(duì)工作面的支護(hù)與推進(jìn)造成嚴(yán)重影響[6]。針對(duì)這種現(xiàn)象，提出在工作面回采結(jié)束前，對(duì)切縫超前工作面的25m 位置處進(jìn)行單體加強(qiáng)支護(hù)的技術(shù)手段。即在切縫側(cè)巷旁采用11#工鋼配合單體支柱進(jìn)行圍巖穩(wěn)定性控制，各單體支架與11#工字鋼的相鄰間距均0.6m。在頂板破碎嚴(yán)重，支護(hù)困難的區(qū)域，需利用鋼筋網(wǎng)進(jìn)行支護(hù)加固，鋼筋網(wǎng)的規(guī)格為2300mm×800mm。

3 效果

在10-102 工作面進(jìn)行了頂板離層監(jiān)測(cè)、支柱下縮量記錄與巷道側(cè)向應(yīng)力的監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，巷道離層現(xiàn)象在與開切眼超過95m 時(shí)逐漸趨于穩(wěn)定。其中，頂板離層的最大值為55.3mm，頂板離層的平均值為26.4mm，頂板離層程度屬于中等水平；加強(qiáng)支護(hù)的單體支柱的活柱最大下縮量為198mm，支柱承載壓力在正常范圍內(nèi)；巷道側(cè)向壓力在遠(yuǎn)離工作面推進(jìn)方向28m 處逐漸趨于穩(wěn)定，側(cè)向壓力平均值為2.3MPa，支護(hù)區(qū)域圍巖穩(wěn)定，沒有出現(xiàn)大面積垮落、片幫的現(xiàn)象，圍巖穩(wěn)定性得到了有效控制。

4 結(jié)語

以10-102 工作面為研究對(duì)象，針對(duì)切頂卸壓巷道復(fù)合頂板破碎嚴(yán)重、維護(hù)困難的難題，設(shè)計(jì)并實(shí)施了巷道加強(qiáng)支護(hù)技術(shù)。通過對(duì)支護(hù)區(qū)域進(jìn)行的頂板離層監(jiān)測(cè)、支柱下縮量記錄與巷道側(cè)向應(yīng)力監(jiān)測(cè)，表明該工藝能夠有效控制圍巖變形情況，保證圍巖體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，消除工作面潛在的礦壓威脅，實(shí)現(xiàn)礦井回采工作面的快速推進(jìn)與安全回采。