主斜井施工過老空區(qū)時(shí)的支護(hù)設(shè)計(jì)

李秀鋒

陜西聚眾福煤業(yè)有限責(zé)任公司 陜西延安 727307

工程概況：某煤炭資源公司在進(jìn)行資源整合后，將某礦井單獨(dú)留存，面積為3.8161km2，批準(zhǔn)開采的煤層為2-11#，一斜兩立方式延深開采下組煤層，即：新建主斜井、延深副立井、回風(fēng)立井[1-2]。主斜井井筒斜長度980米，坡度為16度，巷道凈寬為5.1m，凈高度為3.65m，凈斷面積為15.82m2。按照地質(zhì)鉆孔資料中的記錄，井筒自表土層施工開始，將依次穿過和揭露2#、3#、7#、8#、9#、10#多個(gè)含煤地層，最后在11#煤層的底板落底[3-4]。掘進(jìn)至535m時(shí)，經(jīng)過探測可知，再深入掘進(jìn)32m后，即進(jìn)入整合前礦井2#煤層回采工作面的采空區(qū)，斜井井筒穿過采空區(qū)的斜長約為50m[5]。

1 分析施工環(huán)境

采用近水平走向長壁式炮采工藝對2＃煤層回采工作面進(jìn)行開采，回采區(qū)域內(nèi)無陷落柱、斷層等不良地質(zhì)結(jié)構(gòu)，針對頂板，經(jīng)過綜合性分析后，可采用全部垮落法進(jìn)行管理，采高為2.18-2.83m，平均采高2.5m[6-7]。2#煤層的偽頂為灰黑色粉砂質(zhì)層狀泥巖，平均厚度0.7m；直接頂為灰黑色層狀砂質(zhì)泥巖，均厚1.8m；基本頂為灰白色層狀中粒砂巖，均厚8.54m；直接底為灰色細(xì)粒砂巖，均厚6.35m。

參照過采空區(qū)出現(xiàn)的頂板跨落記錄信息，整個(gè)采空區(qū)的頂板冒落情況良好，采空區(qū)三帶高度大致為：垮落帶7.5m左右，裂隙帶14.5m左右，彎曲下沉帶45m左右[8-9]。本區(qū)域2#煤層由于開采時(shí)間早，偽頂、直接頂巖層垮落破碎后基本上能夠?qū)⒘严稁е敛煽諈^(qū)這一區(qū)域填滿，基本頂下沉斷裂的鉸接梁狀態(tài)比較穩(wěn)定。采空區(qū)和主斜井的剖面位置關(guān)系圖見圖1所示。

圖1 主斜井與采空區(qū)剖面位置關(guān)系圖

2 支護(hù)方案的設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)支護(hù)方案時(shí)，首先要遵循安全可靠的原則，具體指的就是保證支護(hù)密度、支護(hù)強(qiáng)度等多個(gè)指標(biāo)，在確保掘進(jìn)施工安全的基礎(chǔ)上，也要能夠保證可以達(dá)到永久支護(hù)的需要[10]；其次也要遵循經(jīng)濟(jì)合理的原則，具體指的就是要確保支護(hù)方式，既能夠在單獨(dú)支護(hù)區(qū)段中獨(dú)立發(fā)揮出應(yīng)有的作用，也能夠與相接區(qū)段的支護(hù)形成整體加固的作用。所采用的材料也容易獲取，從而有效降低支付成本。另外還應(yīng)遵循便于施工，這一原則具體指的就是在掘進(jìn)各工序間支護(hù)與其他工序之間，應(yīng)能有機(jī)協(xié)調(diào)，避免產(chǎn)生影響，從而確保安全，降低成本，確?？梢园磿r(shí)完工，這樣不僅有利于操作，而且也能夠降低工人勞動的強(qiáng)度[11-12]。

綜上，按照主斜井井筒穿過采空區(qū)的斜長以及采空區(qū)具有的不穩(wěn)定程度，結(jié)合充填方式、加固方式等多個(gè)不同的施工方法，將主斜井掘進(jìn)方向的過采空區(qū)按長度進(jìn)行合理的劃分，共計(jì)分成5個(gè)階段，在這其中第3段與第4段為重點(diǎn)支護(hù)區(qū)[13]。

按照2#煤層采空區(qū)“三帶”的實(shí)際分布情況，參照主斜井的掘進(jìn)方向、斷面形狀以及鉆探的結(jié)果，合理對各支護(hù)區(qū)段采用相應(yīng)的加強(qiáng)措施，從而確保主斜井井筒施工的安全性，也能夠保證主斜井井筒達(dá)到其的使用年限要求。

本次研究中，根據(jù)井筒穿過采空區(qū)間的支護(hù)設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行了綜合性的分析，最終選擇注漿+u型鋼+噴漿混合支護(hù)方案采空區(qū)[14-15]。

2.1 1段加固區(qū)的支護(hù)設(shè)計(jì)

該段巷道工作面揭露的頂、底板以2煤層基本頂為主，圍巖較穩(wěn)定，支護(hù)設(shè)計(jì)方案為：錨網(wǎng)噴+鋼帶+U型鋼聯(lián)合支護(hù)，采用φ22x2000mm螺紋鋼錨桿錨固，間排距800x800mm，U型鋼：29U型加工制作，排距800mm，迎山角5°，支護(hù)長度

10m[16]。

2.2 2段加固區(qū)的支護(hù)設(shè)計(jì)

此巷道工作面的圍巖基本上以2#煤層基本頂下層為主，段末底板依次揭露2#煤層冒落充填帶，在進(jìn)行支護(hù)時(shí)，重點(diǎn)在于強(qiáng)化頂板和兩幫支護(hù)為主，并提前對底板進(jìn)行注漿加固，采用錨網(wǎng)噴+鋼帶+U型鋼棚+底板注漿這種支護(hù)方式，總支護(hù)長度為10m。采用豎直法進(jìn)行注漿鉆孔，孔間、排距500mm，鉆孔的深度為：3000mm，終孔漿液擴(kuò)散半徑≥600mm，漿液為C-S型。

為了能夠保證結(jié)石體的抗壓強(qiáng)度符合要求，應(yīng)按照C==0.6:1（水灰比）、S= =40Be的體積進(jìn)行C與S的配比，同時(shí)，需把握好水玻璃濃度，控制好凝膠的時(shí)間，通常在5min以內(nèi)。

2.3 3段加固區(qū)支護(hù)設(shè)計(jì)

此巷道的工作揭露的巖層以2#煤層基本頂下層與2#煤層采空區(qū)冒落充填帶為主，所采用的支護(hù)方案為錨網(wǎng)索+鋼帶+U型棚加固拱，對底板和工作面的正前方進(jìn)行提前注漿加固，總支護(hù)長度12m。采用平行巷道直孔的方式布置注漿孔，在確保注漿孔能夠沿巷道荒斷面的輪廓線分布，鉆孔深度2500mm，孔間距500mm，孔擴(kuò)散半徑為600mm[17]。因?yàn)樵撓锏纼?nèi)的填充帶的充填空間比較大，所以，應(yīng)使用CL-C型粘土水泥漿，將粘土作為主原材料，這樣不僅方便取材，而且也能夠減少成本的支出，向其中加入100kg/m3的425*水泥和20L/m3的鈉質(zhì)水玻璃完成配比。錨網(wǎng)索+鋼帶+U型棚及底板注漿孔設(shè)計(jì)與1段、2段支護(hù)設(shè)計(jì)相同[18]。

2.4 4段加固區(qū)支護(hù)設(shè)計(jì)

此巷道也是支護(hù)設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)，當(dāng)掘進(jìn)至此巷道時(shí)，已經(jīng)全部進(jìn)入2#煤采空區(qū)冒落帶，此時(shí)的支護(hù)對象則是2*煤層采空區(qū)充填的大塊松散巖體與壓密帶內(nèi)較密實(shí)的小塊巖體。進(jìn)行支護(hù)時(shí)，對冒落帶提前進(jìn)行注漿填充與極加固，U型鋼棚架加密支護(hù)（棚距調(diào)整為600mm）跟進(jìn)，縮小循環(huán)進(jìn)度為600mm，整體支護(hù)長度27m左右。將注漿孔按照放射狀的性狀布置，鉆孔深度2000mm，孔間距500mm，確保最終孔的分布位置能夠在巷道輪廓線500mm以外，擴(kuò)散半徑為1200mm，漿液仍以CL-C型粘土水泥漿為主。為了能夠進(jìn)一步強(qiáng)化充填區(qū)的塑性強(qiáng)度，應(yīng)調(diào)整水泥的參入量，同時(shí)也要調(diào)整鈉質(zhì)水玻璃的參入量，分別按照125kg/m3和30L/m3的配比完成配置。

2.5 5段加固區(qū)支護(hù)設(shè)計(jì)

該段巷道掘進(jìn)底板將逐漸進(jìn)人原始、完整的2號煤層底板砂巖層，頂、幫仍以2*煤層采空冒落的密實(shí)帶為主。因此，支護(hù)對象以頂、幫為主，支護(hù)設(shè)計(jì)采用超前注漿加固，U型鋼棚加密支護(hù)跟進(jìn)的方式。注漿孔呈扇形布置，鉆孔深度3000mm，孔間距500mm，保證終孔超出巷道輪廓線500mm，擴(kuò)散半徑為600 mm，漿液采用C-S型，C/S的體積比同2段加固區(qū)漿液比例進(jìn)行調(diào)制。

2.6 6段加固區(qū)支護(hù)設(shè)計(jì)

進(jìn)入此巷道后，工作面的圍巖也進(jìn)入了穩(wěn)定區(qū)域，在此巷道內(nèi)，采用錨網(wǎng)噴+鋼帶+U型鋼進(jìn)行聯(lián)合聯(lián)合支護(hù)，支護(hù)參數(shù)同1段加固區(qū)，支護(hù)長度10m。

3 施工組織

（1）為確保施工人員人身安全，應(yīng)對井下的作業(yè)環(huán)境加以改善，降低粉塵濃度，在地面井口搭建臨時(shí)制漿點(diǎn)，而后完成制漿。

（2）注漿孔開孔直徑為110mm，下外徑為108mm，注漿孔直徑為75mm。

（3）因漿液容易向上擴(kuò)散，所以，在進(jìn)行注漿施工的過程中過，應(yīng)先對位于頂板的注漿孔進(jìn)行鉆注，接下來對巷道兩側(cè)的注漿孔進(jìn)行鉆注，最后對底部的鉆孔進(jìn)行鉆注。如果巷道內(nèi)的注漿孔呈現(xiàn)多圈分布的形式，則也需要按照上述順序進(jìn)行鉆注，從內(nèi)圈孔逐漸向外圈孔鉆注。

（4）進(jìn)行注漿孔鉆注時(shí)，應(yīng)保持均勻鉆入，盡量少挪動鉆具，避免發(fā)生塌孔的問題。

（5）對孔內(nèi)沖洗液的循環(huán)情況和坍塌情況進(jìn)行時(shí)時(shí)關(guān)注，如果沖洗液流漏過多，或孔內(nèi)發(fā)生坍塌的情況，需立即停止鉆注，必要的情況下，也可以重新打孔進(jìn)行鉆注。

（6）注漿時(shí)，應(yīng)先對2#煤采空區(qū)冒落充填帶注漿，后對壓實(shí)帶注漿。

（7）完成初噴工作后，再進(jìn)行U型棚的架設(shè)。

（8）完成注漿工序12h后才可以進(jìn)行掘進(jìn)工序，只有這樣才能夠達(dá)到加固的作用，并為掘進(jìn)工序的開展?fàn)I造良好的施工環(huán)境和施工條件。

4 結(jié)語

主斜井穿過采空區(qū)域采用多種聯(lián)合支護(hù)方式，但是在實(shí)際施工過程中，應(yīng)針對施工設(shè)備、施工材料等成本因素和安全因素進(jìn)行綜合考慮，在工期的要求下，盡可能的降低施工成本，滿足施工安全的要求。本次施工中，綜合治理巷道長度近90m。采空區(qū)穿過時(shí)及穿過后的礦壓觀測及數(shù)據(jù)顯示，圍巖始終處于穩(wěn)定狀態(tài)，巷道能夠正常使用，整體效果良好。