复杂地质条件下“一巷一策”围岩治理模式.pdf
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1、复杂地质条件下“一巷一策”围岩治理模式刘振,祁连光(淮北矿业股份有限公司许疃矿,安徽淮北2 350 0 0)摘要:随着矿山开采程度和开采深度的不断增大,煤炭资源的开采条件趋于多样化、复杂化,巷道围岩治理工作愈发困难。以许疃矿为工程背景,全面介绍了许疃矿“一巷一策”围岩治理模式核心)技术的特点,分析并总结了“一巷一策”围岩治理模式技术和工艺的要点。在工程实践中形成了以“沿空小煤柱注浆加固技术”“采区顶板深孔预裂爆破切顶卸压技术”“多煤层开采地面注浆加固再生顶板技术”“工作面垛式支架超前支护技术”为核心的“一巷一策”围岩治理模式。关键词:“一巷一策”;小煤柱;切顶卸压;注浆再生顶板;垛式支架中图分
2、类号:F406.3;T D 7 12文献标识码:A文章编号:10 0 8-0 155(2 0 2 3)13-0 0 0 6-0 4目前,随着我国煤矿开采程度和深度不断加大,煤炭资源的开采条件也趋于多样化与复杂化,对于煤矿巷道的围岩治理技术提出了更高的要求。虽然我国巷道围岩的治理技术丰富,但对特定围岩赋存条件下的巷道围岩治理存在一定的困难,主要难点集中于对巷道特定围岩的矿压特征和针对性设计支护两个方面。为解决巷道围岩治理中存在的难题,许疃矿在生产实践和技术攻关中,秉持着“坚持主动支护,持续创新攻关”的理念,总结出巷道围岩“一巷一策”的治理模式1-0 。许疃矿巷道围岩的“一巷一策”治理模式主要包含
3、以下四个方面:沿空小煤柱的注浆加固、采区顶板深孔预裂爆破切顶卸压、多煤层开采地面注浆加固再生顶板、工作面垛式支架的超前支护技术。1沿空小煤柱注浆加固1.13238风巷工程概况许疃矿32 38 风巷长17 0 2 m,埋深6 50.8 7 8 3.6 m,沿32 36 采空区掘进。32 38 风巷基本顶为细砂岩,平均厚度3.2 m;直接顶为泥岩,平均厚度6.8 m;直接底为泥岩,平均厚度3.0 4m。32 38 巷道水文地质条件复杂,存在顶板滴水、淋水问题。同时,矿压显现复杂,单一的支护效果差,具有典型的“三软一高”围岩特征。3238风巷的围岩治理主要存在围岩条件差、煤层顶板倾角大、煤柱煤体松软
4、和注浆效果差等治理难点。针对32 38 风巷的围岩治理困难,许疃矿采用“锚-网-索-梁-注”联合强支护的围岩治理模式,该模式以一次“强支护”技术和小煤柱注浆加固技术为主,如图1所示。一次“强支护”技术在32 38 风巷原有的支护基础上,对顶板中顶及两侧分别增补一道走向锚索梁,横向6锚索与走向锚索交替,形成“32 3”网格式布置。对小煤柱侧在原锚杆支护的基础上,每隔一排增补一道竖向锚索梁,上、下端锚索着力于顶、底板岩层中。对实体帮增补竖向锚索梁,实体侧的顶板增补走向加固锚索梁。同时优化注浆工艺,采用“深浅孔、微压、低浓、速凝”进行注浆,深孔与浅孔根据“三花眼”布置,合理选用注浆液的浓度、适当控制
5、压力,反复进浆,提高帮部承载力,达到对32 38 风巷进行强支护的目的。走向加固锚索配锚注装置(间距3.2 m)22L=8200mm喷浆范圈5024注浆管锚注装置L=1500mm2500图132 38 风巷支护及煤柱注浆加固方案小煤柱注浆加固技术采用自配煤柱注浆专用水泥作为注浆材料,采用优化后的“深浅孔、低浓、微压、速凝”注浆工艺,在巷道施工后15d内的压力释放期,采用间隔注浆方式循环注浆对小煤柱进行注浆加固。1.23238风巷围岩治理效果3238风巷围岩进行一次“强支护”和小煤柱注浆加固后,对巷道表面位移、锚杆受力及顶板离层进行监测发现:治理后,巷道表面的位移减少,巷道变形得到有效控制,巷道
6、锚杆的受力稳定,顶板浅部范围内的总离层量为41.4mm深部范围内的总离层量为31.1mm,卷道中心线2500松动圈的发展得到了控制,达到了支护效果。顶板离层数据如图2 所示。二深部离会一浅部离层4030-2010002采区顶板深孔预裂爆破切顶卸压2.17,314工作面工程概况及治理难点7,314工作面属8 3下采区,标高-516.8 -6 42.4m。开采煤层为7,煤,煤层厚度3.4 6 2 m,平均4.6 m,煤层倾角0 2 6,平均13,煤层顶底板岩性如表1所示。工作面直接顶为泥岩,厚度0 5.97 m,平均2.8 m,老顶为细砂岩,厚度1.8 11.9m,平均4.98 m。采用单一走向长
7、壁采煤法,综合机械化采煤工艺,采高控制在3.4 5.4m。采区上、下山等主体巷道易受采动的影响,损坏严重。采煤工作面停采后,上覆岩层形成较长的以煤柱为支点的悬臂梁,煤柱承受较大的支撑力,当巷道距采煤工作面停采线较近且预留护巷煤柱尺寸不足时,超前支承应力及岩层破断产生采动应力会对工作面前方的主体巷道起到应力扰动影响,可能破坏采区主体巷道的稳定性,使巷道发生较大变形,增大巷道安全性和稳定性的维护难度。表1顶底板岩性顶板岩石平均厚度名称名称(m)老顶细砂岩4.98直接顶泥岩2.80直接底泥岩2.33.152251020时间/d图2 顶板离层数据曲线岩性特征深灰色,含大量泥质,致密破碎,局部含砂质,底
8、部夹有0.0 5m硅质胶结深灰色,薄层状水平层理,含根部化石,底部含砂质深灰色,薄层状水平层理,含大量植物根部化石30浅灰色,石英为主,层理面上覆老底细砂岩11.012.27,314工作面切顶卸压治理方案综上,许疃矿提出的“主动减压”思想,采用深孔预裂爆破技术,切断采空区与工作面上方顶板的“悬臂梁结构”减少超前支承压力影响,改善采区准备巷道所处的应力环境,使巷道处于卸载区,提升巷道围岩的稳定性。深孔预裂爆破位置为腰巷,位于煤层下方,穿煤层段的钻孔采用下套管护孔工艺。炸药选用直径为63mm的煤矿瓦斯抽采水胶药柱(由特制的三级煤矿专用水胶炸药制作而成的深孔爆破药柱,每米3.3kg)。雷管采用煤矿专
9、用电雷管起爆。预裂爆破分为两组,第一组位于收作线前(煤柱侧)10 m,第二组位于收作线前方(煤柱侧)2 0 m,两次爆破的步距为10 m。爆破高度设置为2 0 m,角度大小为10。炮眼深度与工作面的长度和煤层倾角有关。炮眼深度按照公式L=1/cos计算,式中,L为炮眼深度,1为炮眼投影水平长度,为炮眼倾角。爆破位置炮眼布置如图3所示。泥岩炭膜和微量白云母片,硅质胶结粉砂岩细砂岩泥岩机巷保护煤柱控制线72314风巷爆高控制线(煤层顶板2 0)72314腰巷72314机巷图3第一组爆破位置炮眼倾向方向布置图2.37,314工作面切顶卸压护巷效果评价为评价停采线位置处深孔预裂保护切顶卸压护巷的效果,
10、在8 3下采区运输兼行人下山及周边主要巷道内布置监测站,利用BJSD激光隧道断面仪进行持续监7+未注浆测。监测数据如图4所示。9月2 8 日uus8os皮带影响不作为分析区域图4A3测点-对应腰巷区域从监测结果得知,8 3下采区运输兼行人下山内布置的监测站,巷道断面的移近量平均在40 mm,在工作面预裂爆破切顶卸压倾向保护范围内,巷道的移近量较小,整体的支护效果良好。可见,在停采线位置施工切顶卸压后,工作面的超前采动影对采区准备巷道的影响较小,巷道围岩稳定。切顶卸压技术缓解了采区准备巷道的压力显现,起到良好的护巷效果。3多煤层开采地面注浆加固再生顶板3.17,210工作面工程概况及治理难点许疃
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