沿空掘巷窄煤柱稳定性控制技术_王晓珲(1).pdf

煤矿现代化2019 年第 6 期总第 153 期 1概况 某矿稳定可采煤层只有山西组的 3 煤， 3 煤厚 度大而且稳定， 厚度 7.60～11.83 m， 平均厚度 8.76m， 煤层倾角平均 6。 直接顶板主要为粉砂岩或砂质泥 岩， 其次为泥岩， 一般厚度为 1.30～16.0m， 老顶以中 - 细粒砂岩为主， 以及细粉砂岩及粉 - 细砂岩互层， 厚 7～15 m， 裂隙较为发育。 6302 轨道顺槽，沿 6301 工作面采空区布置， 中 间留设 3m 的煤柱，靠工作面外侧布置移动电站。 6302 轨道顺槽设计断面为断面为梯形，上宽 4400mm， 下宽 5000mm， 高 3200 mm。由于 6302 轨道 顺槽要在上覆岩层还未充分稳定的条件下进行沿空 掘巷，故其窄煤柱侧的稳定是 6302 轨道顺槽沿空掘 巷[1]成功的关键。 该矿对 6302 轨道顺槽窄煤柱稳定性 控制技术应用取得成功， 希望可以为相似条件的矿井 提供借鉴。 2窄煤柱锚杆支护改进方法 根据前人理论分析以及在实验室中所做试验得 知煤柱在拉剪阶段将会出现 “X” 形破坏， 破坏角度在 61～65之间。为保障煤柱变形破坏后仍具有一定 的强度， 足够维持自身的稳定， 在锚杆角度设计时应 结合实验结果进行角度调整。 1 ）上下部锚杆改进方式。 对于上部锚杆， 其仰角 α 应为其破坏角的余角，即 α90－β。范围为 25～29，为统一设计，方便施工，设置仰角为 30。对于下部锚杆，其俯角 δ 应为其破坏角的余 角， 即 δ90－β 范围为 25～29， 设置仰角为 30。 2 ） 中部锚杆改进方式。现场实测表明，某煤矿 6302 工作面窄煤柱存在三个区域， 如图 1 所示， 中间 部分为稳定区域， 因此在设计锚杆长度时， 只需将锚 固点设置在稳定区域即可，因此改 进 长 度 为 2000mm， 树脂药卷锚固位置为稳定区域， 即沿空巷道 为 0 起点， 至采空区为正向 120～220mm处。 图 1沿空掘巷窄煤柱侧支护改进方式示意图 3沿空巷道围岩控制设计 3.1基本支护 顶板锚杆采用杆体型号为 MSGLW500 规格 为 MLⅣ 22/2400 Q/YZK 031 型锚杆进行锚固；间排 沿空掘巷窄煤柱稳定性控制技术 王 晓 珲 （山西新景煤业有限责任公司 ，山西 阳泉 045000 ） 摘要 本文以某矿 6302 工作面轨道顺槽在不稳定覆岩下沿空掘巷为工程背景， 对维护其窄煤柱侧 的稳定性进行了研究， 并且提出了对应的支护技术方案， 在现场实际应用中也取得了良好的效果。可 以为其他相似条件的矿井沿空掘巷提供参考借鉴。 关键词 沿空掘巷 ； 窄煤柱 ； 稳定性 中图分类号 TD82 文献标识码 A文章编号 1009-0797 （2019 ） 06-0004-03 Stability Control Technology of Narrow Coal Pillars in a Mine Roadway WANG Xiaohui （Shanxi Xinjing Coal Industry Co., Ltd. , Yangquan 045000 , China ） Abstract In this paper, the ore track of the 6302 working face of a mine is used as the engineering background under the unstable over- burden. The stability of the narrow coal pillar side is studied, and the corresponding supporting technical scheme is put forward. The ap- plication has also achieved good results. It can provide reference for other mines with similar conditions along the empty roadway. Key words Gob-side entry driving ; Narrow coal pillar ; stability 4 ChaoXing 煤矿现代化2019 年第 6 期总第 153 期 距初步定为 800mm900 mm； 锚固方式为全长锚固， 采用 4 卷 MSCK25/60 Q/YZK033 树脂锚固剂。 帮锚杆采用杆体型号为 MSGLW500 规格为 ML Ⅳ 20/2000 Q/YZK 031 型锚杆进行锚固；间排距 初步定为 800 mm900 mm； 沿空侧帮每根锚杆使用 用 3 卷 MS CK 25/50 Q/YZK 033 树脂锚固剂， 全长锚 固；非沿空侧帮每根锚杆使用用 3 卷 MS CK 25/60 Q/YZK033 树脂锚固剂， 加长锚固。 钢带顶部布置 GD Ⅱ T 140/20 Q/YZK 034 钢 带， 钢带垂直中心线， 为增加锚杆孔处的强度， 锚杆另 加托盘。 钢筋梯子 帮部布置 GT 8/3300 Q/YZK 035 钢筋 梯或 GT16/2600 Q/YZK035 圆钢钢筋梯， 加工材质采 用 Φ16 mm的光圆钢筋加工。 金属网 采用 LW40/3- SZ- 17.5 （3 ）Q/YZK 037 菱形网顶部满背， 两帮铺至帮部最下一根锚杆。 图 2 沿空巷道断面支护参数示意图 图 3 沿空巷道顶板支护参数示意图 锚索顶部采用杆体型号为 SKP22- 1/1700 规格 为 SK22/5- 1700 Q/YZK 078 锚索， 帮部采用杆体型号 为 SKP22- 1/1700 规格为 SK22/5（3.5 ） - 1700 Q/YZK 078 锚索， 顶部 5m长锚索锚固端采用 2 卷型号为 MS CK 25/60 Q/YZK 033 树脂锚固剂进行锚固， 考虑到沿 空掘巷窄煤柱[2]宽度及煤柱破碎状况， 帮部 3.5m长锚 索锚固端采用 1 卷型号为 MS CK 25/60 Q/YZK 033 树脂锚固剂进行锚固。 沿空巷道具体支护参数如图 2～ 图 5 所示。 （a ）实体煤侧帮部 （b）沿空侧帮部 图 4沿空巷道两帮支护参数示意图 3.2加强支护 受近距离采空区的影响， 上区段工作面采空区未 充分垮落、 压实， 覆岩活动仍未稳定， 煤柱周围应力集 中仍可能存在， 同时考虑到受本工作面回采活动的二 次采动影响， 为避免沿空掘巷窄煤柱破坏及巷道变形 严重， 掘进期间若出现巷道围岩变形量过大， 冒顶及 沿空侧片帮明显时， 可采用锚索注浆方法对沿空掘巷 煤柱进行加固， 起到 “长注” 支护作用， 具体方案如下 注浆锚索[3]采用兖矿集团应用较为成熟的双股笼 形注浆锚索，单股锚索钢绞线公称直径 Φ15.24mm， 强度 1860MPa，破断载荷不低于 250kN。锚索长 2500mm， 锚深 2200mm， 每隔 2 排锚杆打一排锚索， 巷道沿空侧顶角及底角处各采用 1 根注浆锚索代替 原有普通锚杆 （索） ， 上部孔仰角 10， 下部孔俯角 8左右。注浆锚索布置如图 5 所示。 3.2.1施工设备及注浆材料 设备 风动注浆泵， 附搅拌机、 管路、 注浆管、 连接 5 ChaoXing 煤矿现代化2019 年第 6 期总第 153 期 配件、 排气管、 水桶 （检验孔内是否注满浆液 ） 、 封孔材 料 （面纱和快硬水泥， 或者其它化学封孔材料及专用 封孔器等 ） 等； 材料双股笼形注浆锚索；树脂锚固剂；普通 425 硅酸盐水泥 （3左右的速凝剂， 如水玻璃； 水灰 比 0.5～0.81 ） 。 3.2.2施工工艺 工艺流程主要包括 打眼→安装和固定锚索→固 定注浆管及排气管→封孔→注浆→上托盘、紧固锚 索， 如图 6 所示。 图 5注浆锚索布置断面图 图 6注浆锚索工艺示意图 1 ） 打眼 手持式风动钻机钻孔， 孔径 42mm， 深 2.0m～2.1m。 2 ） 安装和固定锚索 第一步完成排气管的固定， 将锚索拉直，在距离锚索顶端 25～45mm的地方使用 防水胶带将排气管与锚索缠在一起， 固定间距为 1m， 在用胶带固定时要注意不要缠的过紧， 以免压迫排气 管， 导致气流不畅。排气管的长度要超出锚索外露部 分 2～3m。 第二步完成注浆管道的固定， 在锚索的外露 部分用胶带将直径为 20mm的注浆管固定， 注浆管一 般要进入锚索孔一段距离，通常这个距离控制在 0.6～1.1m，注浆管的另一端也要超出锚索孔 400mm 左右。最后， 将上述固定好排气管和注浆管的锚索放 入预先施工好的钻孔中，安放过程中要小心操作， 防 止注浆管和排气管的脱落。 3 ） 封孔 首先在锚索的四周用细棉纱进行封堵， 之后再注入速凝的水泥浆液来进一步密封钻孔， 封孔 的长度一般大于 250mm， 防止浆液的漏出。 4 ） 注浆①按一定比例往搅拌桶内加入水泥和 水，水玻璃添加量为水泥重量的 3，即每袋水泥 50kg加水玻璃 1.1L， 搅拌均匀。 检查注浆管与注浆泵 是否连接好， 把排气管一端放入盛满水的水桶中。② 启动搅拌机和注浆泵， 往锚索孔内注浆。锚索孔内注 满浆液的标志为没有气泡从排气管中冒出， 此时关闭 注浆泵和搅拌机， 卸掉连接套。 ③注浆时， 为保证施工 质量应一次性注满钻孔，为避免注浆管路发生堵塞， 注浆过程中应尽量缩短停滞时间， 一般不超过 1min， 同时要注意注浆泵上的压力表， 防止发生堵塞使注浆 管爆裂。④注浆结束后， 应对搅拌机和注浆泵进行清 洗，一般往桶内倒入一定量的混有润滑油的清水， 同 时启动注浆泵使残留在机器内的浆液排除， 防止残浆 堵塞管路， 造成机器的损坏。 5 ） 安装锚索托盘， 施加预紧力 锚索注浆后， 一般 需要有一天左右的凝结时间， 之后可以安上托盘拧紧 螺母。 4总结 以 6302 工作面的轨道顺槽为研究对象，对其在 不稳定覆岩下进行沿空掘巷留小煤柱时， 如何保证小 煤柱的稳定性进行了研究， 并且针对具体的情况提出 了相应的支护方案。 采用该支护技术方案后， 6302 轨 道顺槽围岩稳定性良好，能够保证 6302 工作面的安 全回采， 同时取得了良好的经济效益。可以为相似条 件的矿井进行沿空掘巷时提供良好的借鉴和示范。 参考文献 [1] 涂智凌,王逸良.窄煤柱沿空掘巷围岩变形特征及控制技 术研究[J].煤炭技术,2018,37 （09） 35- 37. [2] 张文峰.窄煤柱沿空掘巷合理煤柱宽度的确定[J].山东煤 炭科技,2018060201- 203 [3] 吴顺川,高永涛,孙金海.高压注浆技术与预应力锚杆的应 用[J].黄金,2001 （06） 14- 16. 作者简介 王晓珲 （1990-） ， 男， 汉族， 山西阳泉人， 2016 年 2 月毕 业于太原理工大学， 本科， 采矿助理工程师。 （收稿日期 2018- 10- 25） 6 ChaoXing