掘進(jìn)巷道煤壁片幫機(jī)理及控制技術(shù)

朱錦文

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)七一煤礦， 山西 高平 048406）

1 七一煤礦9105 工作面概況

晉能控股煤業(yè)集團(tuán)七一煤礦9105 運(yùn)輸順槽設(shè)計(jì)長(zhǎng)度765 m，斷面為矩形，寬4.8 m、高2.4 m，開口位置位于9 號(hào)南軌道巷東幫，方位角90°。巷道掘進(jìn)過程中每隔100 m 在前進(jìn)巷道右?guī)途蛞粋€(gè)材料硐室，長(zhǎng)8 m、深度1.0 m、高度2.4 m；掘進(jìn)過程中，在巷道低洼處施工臨時(shí)水倉(cāng)，長(zhǎng)2 m、寬1 m、深度1 m。

9105 回風(fēng)順槽掘進(jìn)斷面形式如下：掘進(jìn)斷面11.52 m2，凈寬4.6 m、凈高2.3 m，凈段面10.58 m2，采用錨網(wǎng)（索）支護(hù)，巷道掘進(jìn)煤層為9 號(hào)煤層，其位于太原組中部K4灰?guī)r之上，煤層厚度1.56～1.72 m，平均厚度1.62 m，厚度變異系數(shù)11.92%，可采系數(shù)100%，煤層傾角3°，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不含夾矸，普氏系數(shù)f=1～2。

9105 工作面采用綜合機(jī)械化掘進(jìn)工藝，截至2020 年8 月7 日，巷道已掘進(jìn)740 m。鉆探資料顯示，巷道掘進(jìn)至720 m 時(shí)，位于巷道北部23 m 處存在一條X4 陷落柱，陷落柱長(zhǎng)軸長(zhǎng)24 m、短軸長(zhǎng)17 m，長(zhǎng)軸與巷道掘進(jìn)方向近似平行，在720 m 前巷道掘進(jìn)過程中圍巖相對(duì)穩(wěn)定；當(dāng)巷道掘進(jìn)至720 m 時(shí)，位于陷落柱側(cè)巷幫出現(xiàn)破碎、片幫現(xiàn)象。

2 煤柱片幫機(jī)理

2.1 地質(zhì)構(gòu)造影響

巷道水文地質(zhì)資料顯示，9105 運(yùn)輸順槽掘進(jìn)至720 m，位于巷道北側(cè)存在一條X4 陷落柱，巷道與陷落柱縱軸平行布置，間距為23 m，巷道掘進(jìn)時(shí)巷道內(nèi)形成應(yīng)力釋放區(qū)，陷落柱應(yīng)力沿煤柱向巷道內(nèi)釋放，釋放期間對(duì)巷幫煤柱產(chǎn)生水平張拉應(yīng)力，從而對(duì)巷幫煤柱產(chǎn)生破壞作用，導(dǎo)致煤柱出現(xiàn)破碎、片幫現(xiàn)象[1-2]。

2.2 煤體賦存不穩(wěn)定

9105 運(yùn)輸順槽掘進(jìn)煤層為9 號(hào)煤層，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，煤層內(nèi)含三層夾矸，多以砂質(zhì)泥巖為主，總厚度為0.6 m。夾矸破壞了煤體穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致煤體穩(wěn)定性差。而9105 運(yùn)輸順槽布置在煤層內(nèi)，兩幫為煤體，兩幫煤柱在應(yīng)力作用下支撐強(qiáng)度低，當(dāng)煤柱受應(yīng)力破壞后，煤柱出現(xiàn)嚴(yán)重剝離破壞，從而造成煤柱片幫。

2.3 支護(hù)強(qiáng)度低

9105 運(yùn)輸順槽在構(gòu)造應(yīng)力作用下，煤柱出現(xiàn)嚴(yán)重破碎現(xiàn)象，通過鉆探發(fā)現(xiàn)，從煤柱表層向深部形成圍巖松動(dòng)圈，且松動(dòng)圈范圍不斷擴(kuò)大，松動(dòng)圈深度達(dá)2.4 m；而原巷幫煤柱主要采用螺紋鋼錨桿支護(hù)，錨桿長(zhǎng)度為2.0 m、直徑為20 mm，錨桿采用端頭錨固方式，錨固長(zhǎng)度為0.9 m，錨桿錨固位置為松動(dòng)圈破碎巖體，導(dǎo)致錨桿錨固效果差，支護(hù)強(qiáng)度低。

3 片幫煤柱聯(lián)合支護(hù)技術(shù)

為了保證9105 運(yùn)輸順槽后期安全快速掘進(jìn)，防止煤柱出現(xiàn)片幫現(xiàn)象，決定對(duì)片幫采取注漿加固煤體，同時(shí)采用桁架錨桿削弱煤體內(nèi)構(gòu)造應(yīng)力破壞作用[3]。

3.1 注漿加固技術(shù)

9105 運(yùn)輸順槽片幫區(qū)采用深孔加固技術(shù)，為了不影響巷道掘進(jìn)施工，注漿施工與巷道掘進(jìn)同步進(jìn)行，注漿施工滯后巷道迎頭5.0 m 處進(jìn)行，首先采用鉆機(jī)對(duì)片幫煤柱施工一排注漿鉆孔，鉆孔施工在距頂板1.5 m，且與巷幫煤柱垂直布置，如下頁(yè)圖1 所示。

圖1 9105 運(yùn)輸順槽片幫煤柱聯(lián)合支護(hù)平面示意圖（單位：mm）

注漿鉆孔深度為5.0 m，直徑為40 mm，鉆孔間距為3.0 m，注漿鉆孔施工完成后對(duì)鉆孔內(nèi)填入一根長(zhǎng)度為3.0 m、直徑為16 mm 的注漿花管，注漿花管一端與專用注漿泵連接。為了提高注漿效果，對(duì)注漿鉆孔采用水泥砂漿、粉煤灰聯(lián)合進(jìn)行封孔處理，封孔長(zhǎng)度為0.6 m。

全部工序完成后開始進(jìn)行注漿施工，為了加快注漿液凝固速度，提高注漿加固效果，決定采用聚氨酯、催化劑、凝固劑混合漿液，注漿時(shí)先高壓后低壓，低壓穩(wěn)定在1.5 MPa 左右，注漿時(shí)間控制在15～20 min。

注漿施工必須一次性完成，避免二次注漿出現(xiàn)壓力不足、封孔難等現(xiàn)象，注漿完成后立即拔出注漿花管，并再次對(duì)孔口進(jìn)行封堵，注漿完成3 h 后對(duì)注漿區(qū)域進(jìn)行檢查，確保注漿合格[4-5]。

3.2 桁架加長(zhǎng)錨桿施工

3.2.1 支護(hù)原理

桁架支護(hù)主要對(duì)圍巖施工兩根對(duì)稱斜角支護(hù)體，在支護(hù)體之間安裝預(yù)緊裝置，并對(duì)兩根支護(hù)體進(jìn)行預(yù)緊作用，支護(hù)體在相向預(yù)緊的同時(shí)會(huì)對(duì)孔壁產(chǎn)生一個(gè)傾斜分力，兩個(gè)分力垂直巖體面，從而對(duì)巖體內(nèi)破壞作用力起到削弱、抵消作用，同時(shí)斜角支護(hù)體對(duì)圍巖產(chǎn)生傳統(tǒng)支護(hù)作用。

3.2.2 桁架支護(hù)結(jié)構(gòu)

9105 運(yùn)輸順槽片幫處施工的桁架支護(hù)主要由加長(zhǎng)錨桿、預(yù)緊裝置兩部分組成，其中加長(zhǎng)錨桿長(zhǎng)度為3.5 m、直徑為30 mm，錨桿為螺紋聚氨酯錨桿。該錨桿具有柔性強(qiáng)、不易變形、支護(hù)強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)。預(yù)緊裝置主要由張拉器、張拉桿兩部分組成，張拉器長(zhǎng)度為0.5 m，可實(shí)現(xiàn)雙向張拉，張拉桿共計(jì)兩根，每根長(zhǎng)度為1.0 m。

3.2.3 支護(hù)工序

1）9105 運(yùn)輸順槽掘進(jìn)至740 m 時(shí)，對(duì)巷幫施工桁架錨桿支護(hù)，巷幫共計(jì)施工兩排桁架，且兩排支護(hù)呈邁步式布置。

2）首先在巷幫施工兩根錨桿支護(hù)孔，第一排支護(hù)孔布置在距頂板0.8 m 處，鉆孔間距1.8 m，同一組鉆孔與巷幫呈70°夾角布置，且兩個(gè)支護(hù)孔對(duì)稱布置。

3）同一組錨索支護(hù)孔施工完成后依次對(duì)鉆孔內(nèi)錨注聚氨酯錨桿，采用MKC 型錨固劑進(jìn)行錨固，錨固長(zhǎng)度為1.0 m，錨固后對(duì)錨桿外露端安裝張拉桿，并采用張拉器進(jìn)行預(yù)緊。

4）同一排桁架錨桿支護(hù)布置間距為1.3 m，第二排桁架錨桿支護(hù)與第一排布置排距為1.0 m，且兩排桁架支護(hù)呈邁步式布置。

4 結(jié)語(yǔ)

截至目前，9105 運(yùn)輸順槽掘進(jìn)至750 m，且已完全通過X4 陷落柱影響區(qū)域，通過對(duì)構(gòu)造應(yīng)力巷幫采取“注漿+桁架加長(zhǎng)錨桿”聯(lián)合支護(hù)后，巷道在后期掘進(jìn)過程中未出現(xiàn)巷幫大面積片幫現(xiàn)象，巷幫原永久支護(hù)失效率由原來的17%降低為3%，兩幫收縮量不足0.4 m，大大提高了巷道成型率，取得了顯著應(yīng)用成效。