關(guān)前進(jìn)

(晉煤集團(tuán)鄭莊礦井項(xiàng)目籌建處)

掘進(jìn)巷道過(guò)斷層帶施工加固技術(shù)

關(guān)前進(jìn)

(晉煤集團(tuán)鄭莊礦井項(xiàng)目籌建處)

晉煤集團(tuán)某礦12220工作面在掘進(jìn)過(guò)程中揭露F16逆斷層，由于巷道處于斷層影響區(qū)域，巷道煤體頂板破碎嚴(yán)重，整體性較差，冒落嚴(yán)重，通過(guò)對(duì)斷層附近巷道采用錨網(wǎng)索+36 U“O”型棚復(fù)合全封閉支護(hù)，并對(duì)斷層破碎區(qū)域進(jìn)行化學(xué)注漿加固，提高了巷道的支護(hù)強(qiáng)度及圍巖的整體強(qiáng)度，避免了冒頂?shù)睦^續(xù)擴(kuò)展，保證了巷道掘進(jìn)順利通過(guò)斷層區(qū)域。

巷道斷層 復(fù)合支護(hù) 注漿加固

晉煤集團(tuán)某礦12220工作面位于西二采區(qū)西翼，所采煤層為2-3煤，煤層厚度平均14.5 m，傾角8°～12°。該面地質(zhì)構(gòu)造條件簡(jiǎn)單，煤層整體呈一向南東傾斜的單斜構(gòu)造，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，層理紊亂，煤層酥軟，下巷掘進(jìn)過(guò)程中揭露F16逆斷層，傾角35°～71°,傾向210°，對(duì)巷道掘進(jìn)影響較大。下巷標(biāo)高+144～+155 m，平均采深近500 m，設(shè)計(jì)全長(zhǎng)965 m，采用綜掘，不同區(qū)域巷道斷面及支護(hù)方式不同。非斷層區(qū)域采用錨網(wǎng)索+36 U型棚復(fù)合支護(hù)，破底掘進(jìn)，完全破掉煤矸互疊層，底板呈微拱形，拱高1.0 m，打9根錨桿+W鋼帶支護(hù)，底板再進(jìn)行回填；斷層區(qū)域(F16斷層前后150 m范圍)采用錨網(wǎng)索+36 U“O”型棚復(fù)合支護(hù)，底板打9根錨桿+W鋼帶支護(hù)，同時(shí)進(jìn)行錨注。全斷面加強(qiáng)支護(hù)，開(kāi)口架設(shè)液壓抬棚支架，中間架設(shè)一排大力柱，斷層附近架設(shè)兩排大力柱加強(qiáng)支護(hù)。

1 巷道冒落原因分析

12220工作面皮帶巷在掘進(jìn)至F16逆沖斷層附近時(shí)，受斷層構(gòu)造應(yīng)力影響，巷道頂板嚴(yán)重破碎，掘進(jìn)期間，頂板隨掘隨冒，難以支護(hù)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，頂板冒落呈漏斗狀，冒落高度約4 m，每次冒落矸石量約25 m3。經(jīng)過(guò)對(duì)巷道現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地質(zhì)條件及冒落特點(diǎn)分析，巷道難以支護(hù)的原因主要有：①該工作面處于一水平下山區(qū)域，埋深700 m左右，巷道圍巖應(yīng)力高，對(duì)巷道支護(hù)強(qiáng)度要求高，采取以往的支護(hù)經(jīng)驗(yàn)難以支護(hù);②地層結(jié)構(gòu)差，巖體強(qiáng)度低，根據(jù)綜合柱狀圖，該處煤層頂?shù)装逡阅鄮r、砂質(zhì)泥巖為主，圍巖強(qiáng)度較低，且煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜、夾矸多，不穩(wěn)定，對(duì)巷道的維護(hù)不利;③巷道掘進(jìn)過(guò)程中，由于支護(hù)不及時(shí)、支護(hù)失效或支撐力不足，冒落區(qū)沒(méi)有背嚴(yán)接實(shí)，導(dǎo)致冒頂災(zāi)害擴(kuò)大化。

2 冒落處理

由于12220工作面上覆巖層存在168 m的厚礫巖層，掘進(jìn)中易造成失穩(wěn)誘發(fā)沖擊，且下巷即將穿過(guò)F16斷層，需納入防沖重點(diǎn)管理區(qū)域，因此在下巷斷層構(gòu)造帶影響區(qū)域(F16斷層前后150 m范圍)采用錨網(wǎng)索+36 U“O”型棚復(fù)合全封閉支護(hù)，并對(duì)斷層破碎區(qū)域再進(jìn)行化學(xué)注漿加固。

2.1 斷層影響區(qū)域掘進(jìn)巷道支護(hù)工藝

下巷斷層附近全斷面加強(qiáng)支護(hù)：采用錨網(wǎng)索并架設(shè)全封閉U型鋼棚在中間架設(shè)兩排大力柱(液壓抬棚支架)加強(qiáng)支護(hù)。從外向里架設(shè)36U“O”型棚,凈尺寸(寬×中高)為6.6 m×4.5 m，棚距600 mm，棚間為專用拉桿連接，防止棚子歪倒；必要時(shí)縮小棚距，減小錨桿、錨索間排距。液壓抬棚頂梁長(zhǎng)2.8 m、底座長(zhǎng)2.5 m、工作阻力為2×2 200 kN、支撐高度2.3～4.5 m。置于中間滯后適當(dāng)距離呈兩排架設(shè)，隨掘進(jìn)及時(shí)向前。架棚過(guò)程中，盡量將冒落碎矸石保留棚梁上方且充填嚴(yán)實(shí)，使之受力均勻充分發(fā)揮承載性能，為下一步注化學(xué)漿液提供條件。

2.2 破碎帶注漿加固

打孔注漿加固頂板及兩拱幫。U型棚頂梁與前、上方存在2～3m厚碎煤矸，在掘進(jìn)迎頭已成形巷道0.8～1m頂處布置注漿孔，孔深5～8m，注漿孔終端必須超過(guò)破碎煤巖體區(qū)域，向未掘進(jìn)的實(shí)體碎裂煤巖中注入高分子化學(xué)漿液巖層加固劑，對(duì)該斷層破碎區(qū)域進(jìn)行超前黏結(jié)加固，加強(qiáng)巷道頂板強(qiáng)度，增加煤(巖)體的完整性，以保證巷道的正常施工。

2.2.1 注漿材料的選擇

由于斷層區(qū)域附近巷道頂板破碎嚴(yán)重，采取注漿加固時(shí)，要求所選材料必須滿足凝固時(shí)間短、材料力學(xué)性能好等條件。經(jīng)過(guò)對(duì)比決定采用尤卡尼化學(xué)注漿材料，該材料不但在凝膠時(shí)間、流動(dòng)性、反應(yīng)后強(qiáng)度等方面反映良好，滿足巷道破碎區(qū)域注漿加固所需條件外，且該材料配比后無(wú)刺激性氣味，方便井下掘進(jìn)巷道通風(fēng)條件差的場(chǎng)所施工。

化學(xué)漿液尤卡尼加固材料的主要組分為樹(shù)脂和催化劑，其黏度分別為400，200CP，密度分別為1.15，1.25g/cm3，體積比為1∶1，凝固時(shí)間1～1.5min，發(fā)泡倍數(shù)5～8倍，結(jié)石體抗壓強(qiáng)度5.54MPa。

2.2.2 注漿施工工藝及參數(shù)

(1)注漿孔布置。根據(jù)實(shí)際地質(zhì)條件及以往經(jīng)驗(yàn)，確定漿液擴(kuò)散半徑為2m，兩注漿孔間距為3.5m(注漿過(guò)程中，如遇地質(zhì)條件變化，可進(jìn)行調(diào)整)。在施工過(guò)程中，鉆孔需斜穿斷層區(qū)域，在距離掘進(jìn)迎頭1m處向前方煤巖體施工2排鉆孔，每排打3個(gè)，傾角25°～35°，孔徑40～52mm，孔深5～12m，終孔位于巷道頂板中。

(2)注漿設(shè)備。注漿管路由舊水管經(jīng)過(guò)鉆眼加工而成，管徑為45mm。整個(gè)注漿過(guò)程使用汽動(dòng)泵提供注漿壓力。注漿過(guò)程中，注漿壓力始終保持在4～6MPa，如注漿壓力超過(guò)6MPa時(shí)，應(yīng)立即停止注漿。

(3)注漿工藝。依據(jù)設(shè)計(jì)的鉆孔參數(shù)進(jìn)行打孔作業(yè)，而后下注漿管路并在注漿鉆孔口加裝封孔器，封孔器的另一端與高壓軟管與注射槍連接，將注液槍與注漿泵連接，通過(guò)注漿泵的兩個(gè)活塞將尤卡尼化學(xué)材料及其催化劑分別抽出，兩種材料混合均勻后，由注射槍經(jīng)注漿管注入圍巖裂隙，并在2min時(shí)間內(nèi)迅速凝固，加固圍巖。

3 結(jié) 論

(1)針對(duì)該巷道所處煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜、穩(wěn)定性差、巷道隨掘隨漏、圍巖強(qiáng)度低的特點(diǎn)，以及巷道冒頂段位于斷層構(gòu)造帶影響區(qū)域下，頂板異常破碎、冒頂高度較大的特殊情況，提出了錨網(wǎng)索并架設(shè)全封閉“O”型棚，另在中間架設(shè)液壓抬棚支架的聯(lián)合支護(hù)方式，為預(yù)防沖擊地壓以及過(guò)斷層破碎帶等特殊地段巷道圍巖控制進(jìn)行了針對(duì)性的探索。

(2)通過(guò)采取注射化學(xué)漿液，改變巷道圍巖的破碎狀態(tài)，達(dá)到提高巷道圍巖強(qiáng)度的效果，在保證斷層區(qū)域內(nèi)施工安全的同時(shí)，提高了掘進(jìn)施工速度，對(duì)確保礦井正常的采掘接替具有重要意義。

2014-09-26)

關(guān)前進(jìn)(1975—)，男，助理工程師，041606 山西省洪洞縣廣勝寺鎮(zhèn)。