運(yùn)輸順槽注漿支護(hù)方案的對(duì)比分析

王海洋， 岳曉明

（1.山西中陽張子山煤業(yè)有限公司， 山西 中陽 033400； 2.山西中陽鋼鐵有限公司， 山西 中陽 033400）

引言

煤礦運(yùn)輸順槽巷道的不穩(wěn)定直接影響著綜采工作面的生產(chǎn)效率和安全性，嚴(yán)重威脅著綜采工作面作業(yè)人員的人身安全。隨著我國(guó)工作面采煤深度的不斷增加，預(yù)計(jì)在近幾年采煤深度會(huì)達(dá)到1 500 m，對(duì)應(yīng)的高低溫、高水壓、高地壓以及開采動(dòng)壓嚴(yán)重威脅著工作面的安全生產(chǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)表明，在深部開采中，由于頂板冒落造成的停產(chǎn)時(shí)間占據(jù)總停產(chǎn)時(shí)間的50%左右。因此，對(duì)于深度開采而言，提升其支護(hù)質(zhì)量和效果是十分有必要的[1]。采用合理的注漿支護(hù)方案可以減輕巷道支護(hù)負(fù)擔(dān)，降低噸煤成本，提高工作面煤炭生產(chǎn)效率和安全性。本文著重對(duì)運(yùn)輸順槽的注漿方案進(jìn)行對(duì)比研究。

1 工程概況

本文以運(yùn)輸順槽為研究對(duì)象，該運(yùn)輸順槽巷道上方為采空區(qū)，下方為未開采區(qū)；東側(cè)和西側(cè)均為未開采區(qū)，南側(cè)為斷層結(jié)構(gòu)，北側(cè)為煤軌道下山。運(yùn)輸順槽巷道為南北走向，且向西傾斜；該巷道內(nèi)煤層的傾角范圍為8°～10°，煤層平均傾角為9°；該巷道煤層厚度范圍為0.72～2.10 m，且煤層厚度由北向南逐漸變薄，整個(gè)巷道煤層的平均厚度為1.28 m；該巷道煤層的平均普氏硬度為3。該巷道煤層的絕對(duì)瓦斯涌出量為1.13 m3/min；相對(duì)瓦斯涌出量為1.1 m3/t。運(yùn)輸順槽巷道的頂板主要是直接頂，底板主要有直接底和老底，其具體情況如表1 所示。

運(yùn)輸順槽的斷面形狀為梯形，采煤機(jī)截割工作面上端寬度為2.5 m，下端寬度為3.5 m；掘進(jìn)工作面的上端寬度為2.7 m，下端寬度為3.8 m；運(yùn)輸順槽巷道的高度為2.1 m。采煤機(jī)截割工作面的斷面面積大小為6.3 m3；掘進(jìn)工作面斷面面積大小為8.6 m3。

表1 運(yùn)輸順槽巷道頂?shù)装迩闆r

2 運(yùn)輸順槽現(xiàn)狀分析

運(yùn)輸順槽在掘進(jìn)過程中由于受巷道內(nèi)地質(zhì)條件的變化影響，明顯的變化為巷道內(nèi)煤層逐漸變薄，其中所夾雜著的矸石層也變薄。因此，導(dǎo)致運(yùn)輸順槽巷在掘進(jìn)過程中巷道的上半部分伸入至9 號(hào)煤層采空區(qū)的矸石中，從而造成運(yùn)輸順槽巷道頂板的矸石出現(xiàn)大面積冒落的現(xiàn)象，導(dǎo)致整個(gè)巷道的支護(hù)不穩(wěn)定[2]。此外，在掘進(jìn)過程中出現(xiàn)上部淋水的現(xiàn)象，導(dǎo)致該運(yùn)輸順槽巷無法正常施工。

經(jīng)分析，造成運(yùn)輸順槽巷道無法正常掘進(jìn)的主要原因?yàn)樵撓锏郎戏綖椴煽諈^(qū)，且該采空區(qū)與巷道錯(cuò)開7 m 左右，導(dǎo)致巷道的頂板被破碎時(shí)，上方采空區(qū)冒落的矸石時(shí)間較短，未形成假頂，從而導(dǎo)致運(yùn)輸順槽在掘進(jìn)過程中出現(xiàn)矸石嚴(yán)重冒落的情況。而且，在巷道上方采空區(qū)的下部存在有積水，巷道頂板被破壞后出現(xiàn)淋水的情況，進(jìn)一步增加了巷道掘進(jìn)的難度。

綜上分析，導(dǎo)致運(yùn)輸順槽無法正常掘進(jìn)的根本原因?yàn)橄锏理敯宓捻肥环€(wěn)定。因此，可將運(yùn)輸順槽巷道頂板的矸石固化為一體，使其具備支承作用，提升矸石的穩(wěn)定性[3]。故，可通過注漿支護(hù)的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)輸順槽頂板的支護(hù)。

3 運(yùn)輸順槽注漿支護(hù)方案的設(shè)計(jì)原則

為確保運(yùn)輸順槽采用注漿支護(hù)后能夠提高巷道頂板矸石的穩(wěn)定性，在注漿方案設(shè)計(jì)時(shí)需遵循如下原則：

1）鑒于運(yùn)輸順槽頂板冒落嚴(yán)重的情況，要求注漿支護(hù)是基于控制巷道頂板冒頂和漏頂?shù)那闆r進(jìn)行的；

2）所設(shè)計(jì)的注漿支護(hù)方案應(yīng)與運(yùn)輸順槽巷道內(nèi)的地質(zhì)、煤層、水文因瓦斯等情況相匹配；

3）所設(shè)計(jì)的注漿支護(hù)方案應(yīng)具有可實(shí)施性，其工藝實(shí)施方案、工藝流程以及設(shè)備選型等均應(yīng)滿足運(yùn)輸順槽巷道的基本條件；

4）所設(shè)計(jì)的注漿支護(hù)方案在保證其支護(hù)功能的基礎(chǔ)上，其經(jīng)濟(jì)投入以及注漿材料的施工費(fèi)用應(yīng)最低。

5）所設(shè)計(jì)的注漿支護(hù)方案不僅能夠保證運(yùn)順順槽巷道內(nèi)支護(hù)結(jié)構(gòu)和設(shè)備的安全，還能夠保障巷道內(nèi)作業(yè)人員的人身安全[4]。

4 運(yùn)輸順槽注漿支護(hù)方案的設(shè)計(jì)

除采用注漿支護(hù)外，工作面還采用了基礎(chǔ)的錨桿+錨索+金屬網(wǎng)的支護(hù)方式，具體支護(hù)設(shè)計(jì)如下：頂板錨桿直徑為20 mm，長(zhǎng)度為2 400 mm，每排錨桿之間的距離為700 mm，錨桿與水平面的夾角為30°；

頂板錨索的直徑為21.6 mm，錨索長(zhǎng)度為8 000 mm，每排錨索的間距為1 500 mm，錨索的預(yù)應(yīng)力為160 kN；

鋼筋網(wǎng)長(zhǎng)度為1 500 mm，寬度為800 mm；每個(gè)網(wǎng)格的形狀為正方形，尺寸為150 mm。

為驗(yàn)證不同注漿支護(hù)方案的支護(hù)效果，針對(duì)運(yùn)輸順槽的注漿支護(hù)采用淺孔注漿和深孔注漿方案。

1）淺孔注漿方案的設(shè)計(jì)。鉆孔的直徑為40 mm，所采用的注漿材料為水泥- 水玻璃漿液，水灰比控制在0.8[5]。采用的注漿泵的型號(hào)為2ZBQ-10/12 的氣動(dòng)雙液注漿泵，注漿管的直徑為25 mm.

2）深孔注漿方案設(shè)計(jì)。鉆孔的直徑為42 mm，所采用的注漿材料為R32.5 硅酸鹽水泥，水、水泥、添加劑的質(zhì)量比為50∶100∶8?？卓谧{管的直徑為25 mm，長(zhǎng)度為3 m；注漿花管的直徑為25 mm，長(zhǎng)度為3 m。兩種支護(hù)方案所采用的注漿設(shè)備如表2 所示。

5 注漿支護(hù)效果

對(duì)運(yùn)輸順槽巷道地質(zhì)、煤層等情況相類似的工作面分別采用淺孔注漿和深深孔注漿的支護(hù)方案，支護(hù)效果如下：經(jīng)采用注漿支護(hù)后運(yùn)輸順槽巷道圍巖頂板的下沉量和巷道兩幫的收斂速度明顯較小，且支護(hù)后巷道頂板的下沉量和兩幫的收斂速度滿足《煤炭安全規(guī)程》的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。兩種注漿方案的支護(hù)對(duì)比如圖1 所示。

表2 注漿工藝關(guān)鍵設(shè)備

圖1 兩種注漿方案的支護(hù)對(duì)比

如圖1 所示，深孔注漿支護(hù)方案下頂板的離層量最大僅為1 mm，而在淺孔注漿方案下頂板的最大歷程為可達(dá)2 mm。因此，在基礎(chǔ)支護(hù)方案下采用深孔注漿方案的支護(hù)效果優(yōu)于采用淺孔注漿方案的支護(hù)效果。

6 結(jié)語

隨著煤礦綜采工作面深度的增加，對(duì)應(yīng)工作面的高水壓、高溫等情況嚴(yán)重威脅著工作面的安全生產(chǎn)。針對(duì)巷道頂板矸石不穩(wěn)定情況，采用常規(guī)支護(hù)方案仍然會(huì)造成頂板的冒頂和漏頂?shù)氖鹿?。為此，針?duì)巷道頂板矸石不穩(wěn)定的情況采用注漿支護(hù)方案，可有效控制巷道頂板的下沉量和巷道兩幫的收斂速度，明顯提升巷道的支護(hù)效果和質(zhì)量。