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寺河二号井松软煤层巷道控制技术优化与应用

2024-08-13 9 上传者：管理员

摘要：针对寺河二号井松软煤层巷道变形量大、维护困难、巷修任务重的问题，对巷道煤帮强度与泥岩成分进行分析，优化巷道支护参数，采用全长锚固与W钢带加强帮部支护强度，同时滞后掘进头进行浅孔注浆加固。优化巷道支护方案实施后，经现场矿压监测可知：巷道形得到有效控制，顶底板移近量最大值133.6 mm，两帮移近量最大值71.8 mm，满足现场回采要求。

关键词：
围岩控制
巷修任务
巷道支护
松软煤层
老矿井
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伴随着老矿井逐步向地层深部延伸，巷道掘进面临高地热、高应力、强动压、多构造等诸多不利因素，尤其是松软煤层巷道受两帮煤体与底板岩层强度较低影响，在工作面超前动压作用下，巷道往往表现出两帮急剧收缩、底鼓变形增大等显著特征。矿井准备巷道、回采巷道陷入前掘后修、边采边修的困境，造成很大人力、物力浪费，并严重制约着矿井高效生产[1-7]。为了有效降低矿井回采、准备巷道巷修成本，实现一次高强支护即可满足工作面回采需求，以寺河二号井151305工作面松软煤层回采巷道为研究对象，对巷道变形机理进行深入分析，针对性提出最优支护方案并进行现场试验，为类似条件下巷道维护提供借鉴。

1、工程概况

151305工作面主采15#煤层，埋深329～419 m，上距9#煤层28～30 m。15#煤直接顶为K2石灰岩，厚7.47～11.38 m，平均厚10.29 m，致密坚硬。15#煤厚1.97～3.84 m，平均2.6 m，煤层中含多层夹矸，夹矸单层厚度小于0.60 m，松软破碎。15#煤直接底为砂质泥岩，平均厚度约9.89 m，该类岩层吸水性极强，巷道开挖后极易吸水膨胀变形，顶底板岩性素描图如图1所示。15#松软煤层巷道变形主要由煤层夹矸与底板泥岩共同作用导致。

图1 15#煤顶底板岩性素描

2、巷道变形机理

2.1 巷道原始支护参数

151305工作面回采巷道采用双巷布置方式：151209巷和151210巷，巷道净尺寸4 800 mm×2 600 mm，断面积12.48 m2。正常区域巷帮采用锚网组合支护方式，锚杆规格φ22 mm×2 000 mm，间排距800 mm×1 400 mm，巷帮上下两根锚杆距顶、底板距离分别为300 mm、700 mm，预紧力矩≥300 N.m；采用树脂加长锚固，一支规格MSK2335，另一支规格MSZ2360，锚固长度1 308 mm；护顶、护帮采用HBPP30×30MS型双向拉伸塑料网，规格3 400 mm×2000 mm，配合钢筋托梁规格SB-12-80-1900-3，锚杆支护如图2所示。

图2 151209、151210巷巷帮煤体强度正常时锚杆支护布置/mm

2.2 巷帮强度测试

为了详细掌握151305工作面巷帮煤体强度变化情况，选用钻孔触探仪对巷帮煤体强度进行测试。在151210巷选择3处进行现场测试，钻孔直径56 mm，孔深8 m左右，与水平方向呈1°～2°夹角，促使水迅速流出，避免水的作用影响强度测试结果，第一测站测试结果如图3所示。由图可知，15#煤煤帮强度集中在15～25 MPa之间，平均强度17.8 MPa，现场煤帮测试曲线起伏较大，充分说明煤帮内存在大量弱面，严重影响了煤帮的完整性与稳定性，后续施工中需加强煤帮支护强度。

图3 第一测站巷帮煤体强度曲线

2.3 底板泥岩成分分析

为了详细掌握15#煤底板泥岩成分，现场取样进行实验室分析，选用Rigaku Ul ima IV X射线衍射仪，测试结果如图4所示。由测试结果可知，泥岩主要成分为高岭石、石英、蒙脱石、钾长石、钠长石、伊利石，其中蒙脱石、高岭石、伊利石属于黏土矿物，遇水膨胀后会产生大量孔隙，且在泥岩内产生明显的裂隙，是造成巷道变形的主要原因，现场需加强人机用水管理，防止机械设备“跑冒滴漏”事故发生，顶板淋水集中收集，统一排放。

图4 泥岩试样矿物成分含量

3、巷道支护技术优化

3.1 锚杆支护参数优化

为了有效解决松软煤层巷道破坏失稳的问题，对现有巷道支护参数进行优化，缩减巷帮锚杆间排距，加强巷帮支护强度，锚杆锚固方式由加长锚固优化为全长锚固方式。巷帮锚杆规格φ22 mm×2 000 mm，间排距800 mm×700 mm，预紧力矩≥300 N.m；采用树脂全长锚固方式，一支规格MSK2335，两支规格MSM2355，锚固长度1997mm；采用双层金属网，规格2 200 mm×1 600 mm，配合W钢带，规格BHW-280-4-1800-3，有效提高松软煤帮护表能力，锚杆支护如图5所示。滞后掘进头50 m进行喷浆作业，喷层厚度不小于100 mm，及时将暴露围岩予以封闭，防止巷帮泥岩风化的同时为后续注浆作业提供适宜施工条件。151209巷和151210巷均为一次使用顺槽，暂不对底板做封闭处理。

图5 151209、151210巷巷帮煤体松软破碎时锚杆支护布置

3.2 巷帮注浆加固方案

工程实践表明：新掘巷道不宜紧跟掘进头注浆，一是新掘巷道围岩裂隙不发育，浆液注入困难；二是巷道围岩内部应力转移和变形仍在持续，易导致已加固的岩体二次破坏。经现场调研与分析，确定滞后掘进头100～150 m进行巷帮注浆加固。综合现场施工条件，优选注浆孔孔径42 mm，孔深8 m，相邻钻孔间距6 m；钻孔呈“三花”布置，上排孔距巷道顶板0.8 m，下排孔距巷道底板0.8 m，均垂直巷帮施工。巷道滞后注浆钻孔布置如图6所示。

图6 巷道滞后注浆孔布置/mm

3.3 其他措施

软岩巷道开挖后，围岩原有应力平衡状态被破坏，同时，软岩迅速暴露在潮湿空气中，易造成巷道失稳变形；因此，巷道开挖后应及时喷浆封闭围岩，严格控制掘进机与锚杆钻机喷水量，及时检修相关机械设备，杜绝出现“跑、冒、滴、漏”现象，顶板淋水要集中收集，统一经排水沟排放，保持掘进头相对干燥的作业环境。

4、效果考察

151305工作面顺槽经支护参数优化与注浆加固后，巷道失稳状况得到有效控制。现场紧跟注浆加固施工布置巷道表面位移测站，巷道围岩变形监测结果如图7所示。由图7可知，注浆加固完成30 d内巷道变形速度较快，此时巷道开挖后围岩应力重新分布未完成，巷道顶底板与两帮移近量均较大，顶底板移近量最大值114.5 mm，两帮移近量最大值65.1 mm；注浆加固完成30～60 d，巷道围岩变形逐步趋于稳定，围岩应力分布基本完成，锚杆主动支护与注浆加固效果开始显现，围岩变形得到有效控制；注浆加固完成60 d后巷道围岩变形基本稳定，顶底板移近量最大值133.6 mm，两帮移近量最大值71.8 mm，满足现场回采要求。

图7 优化后巷道围岩变形曲线

5、结论

1）分析了寺河二号井松软煤层巷道变形失稳机理，在对巷帮煤体强度与底板泥岩成分进行分析的基础上，优化巷道支护参数，将锚杆锚固长度由加长锚固变换为全长锚固，护表构件由钢筋梯梁更换为W钢带，并滞后掘进头100～150 m对巷帮进行注浆加固，提高巷帮煤体强度。

2）采用优化后的巷道支护方案，151305工作面顺槽松软煤层巷道变形得到有效控制。巷道开掘支护后先后经历快速变形、趋于稳定、基本稳定三个阶段，顶底板移近量最大值133.6 mm，两帮移近量最大值71.8 mm，能满足现场回采需求。

参考文献:

[1]王泽东.马兰矿回采巷道强帮护顶支护技术应用[J].江西煤炭科技,2022(3):88-90.

[2]王爱龙.软岩顶板煤巷支护技术应用研究[J].江西煤炭科技,2014(1):89-91.

[3]曾凡宇.软岩及动压巷道失稳机理与支护方法[J].煤炭学报,2007,32(6):573-576.

[4]何杰.强烈动压巷道受力不对称性及帮强控制研究[J].煤矿开采,2014,19(6):60-63.

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