超前预注浆技术在工作面过陷落柱技术探析与实践_张云峰.pdf

立相应的力学模型。此外根据 6118 运输顺槽沿空留 巷的具体情况， 对沿空留巷的围岩控制方案进行具体 设计， 根据矿压监测结果可知， 支护方案实施后， 顶底 板的最大移近量为 600mm，两帮的最大移近量为 340mm， 保证了沿空留巷围岩体的稳定性。 参考文献 [3] 何风贞,阚甲广,杨森等.坚硬顶板下沿空留巷巷旁充填体 合理宽度优化研究[J].煤矿开采,2016,21 （04） 56- 5972. [4] 孟宁康,陈勇,曹其嘉.大采高分段式沿空留巷窄充填体阶 段长度和宽度研究 [J]. 煤炭科学技术,2018,46 （S1） 103- 106163. 作者简介 张国辉（1985 年 1 月 -） ,男,汉族， 内蒙古乌兰察布市 人， 2012 年毕业于东北大学,采煤助理工程师， 现就职于山西 新景矿煤业有限责任公司。 （收稿日期 2019- 3- 18） 煤矿现代化2019 年第 6 期总第 153 期 0引言 随着我国煤炭资源的逐渐大规模开采与煤炭开 采方法的创新， 地质条件复杂煤炭资源的开采逐渐成 为热点问题[1]。陷落柱是众多复杂地质条件中最为常 见的一种。陷落柱是在地质成煤后， 煤层底板岩层中 的溶洞坍塌引起的覆岩整体破坏后形成的类柱状坍 塌体[2]。 山西各个主要矿区均有大量的陷落柱存在， 陷 落柱对煤矿开拓系统、 准备系统以及回采系统的影响 较大[3]。同时， 陷落柱严重影响煤层顶板的强度， 当煤 层开采时， 极易与含水层沟通， 导致煤矿透水事故发 生[4]。 众多学者针对这一问题进行了研究。学者张村[5] 建立了陷落柱厚筒壁力学模型， 结合数值模拟对陷落 柱周围应力分布， 确定了落柱保护煤柱宽度， 实现了 金庄矿 8203 工作面的安全回采。 学者赵国飞[6]利用多 超前预注浆技术在工作面过陷落柱技术探析与实践 张 云 峰 （山西高河能源有限公司 ，山西 长治 047100 ） 摘要 本文依托高河矿 W4301 工作面过 Xw15 陷落柱的工程实际，以实现工作面不搬家倒面， 工 作面回采工作便捷的工作面直接过陷落柱为目标， 在工作面超前探视的基础上， 确定工作面陷落柱的 具体方位、 几何尺寸以及岩石性质， 通过工作面超前预注浆技术， 对陷落柱进行加固处理， 切实保障工 作面工作面回采时的顶底板稳定性， 防止突水事故的发生。确定了回采工作面的回采工艺， 实现了工 作面快速过陷落柱， 保证了工作面安全、 高效回采。高河矿后续出现的工作面过陷落柱问题提供技术 基础， 并为其他地质条件类似矿井工作面直接过陷落柱提供借鉴。 关键词 大采高工作面 ； 超前预注浆 ； 陷落柱 中图分类号 TD353文献标识码 A文章编号 1009-0797 （2019 ） 06-0192-03 Analysis and practice of advanced pre-grouting technology in working face passing through subsided column technology ZHANG Yunfeng （Shanxi Gao He Energy Co., Ltd. , Changzhi 047100 , China ） Abstract This paper relies on the engineering practice of the Xw15 subsided column of the W4301 working face of Gaohe Mine, so as to realize that the working face does not move down, and the working face with convenient working face mining directly passes the collapse column, and on the basis of the advanced exploration of the working face, the work is determined. The specific orientation, geometry and rock properties of the face collapse column are strengthened by the pre-pre-grouting technology of the working face to ensure the stability of the top and bottom plates during the face mining of the working face and prevent the occurrence of water inrush accidents. The mining technology of the mining face is determined, and the working face is quickly over-collapsed, which ensures the safe and efficient recovery of the working face. The subsequent work surface of the Gaohe Mine provides technical basis for the problem of over-collapsed columns, and provides reference for other geological conditions similar to the working face of the mine directly crossing the collapse column. Key words Large mining height fully mechanized face ; advanced pre-grouting ; collapse column 192 ChaoXing 煤矿现代化2019 年第 6 期总第 153 期 种实验室试验方法， 分析盐酸软化对岩石微观结构以 及宏观力学性质的影响， 确定了煤矿工作面直接过陷 落柱的盐酸浓度与配比， 并进行了工程应用。这些研 究虽然提出了一些工作面过陷落柱方法， 但这些方法 都有较为明显的限制。 本文基于高河矿 W4301 工作面过 Xw15 陷落柱 的工程实际， 在工作面地质报告的基础上， 通过工作 面超前预注浆技术， 对陷落柱进行加固处理， 保障工 作面工作面回采时的顶底板稳定性。 1工作面陷落柱概况与水文地质情况 高河矿 W4301 工作面目前准备回采，根据地测 部提供的三维地震勘探及实际钻探结果， 工作面前方 4m处将通过 Xw15 陷落柱， Xw15 陷落柱位于西四盘 区， W4301 工作面内的西南角， 最近点距离 W4301 切 眼巷 4m， 距离 W4301 进风巷 70.8m， 平面形态为近 椭圆状， 其长轴为东西方向， 长轴长 75m， 短轴为近南 北方向， 短轴长 53m， 面积约 3120m2， 如图 1 所示。 图 1Xw15 陷落柱分布范围 根据前期钻探所取岩芯分析，岩石较为破碎， 陷 落柱内部岩石胶结性较差，同时根据探测显示 Xw15 陷落柱内无出水、 漏水、 渗水现象， 判断该陷落柱为不 导水陷落柱。 2工作面超前预注浆技术 2.1注浆前准备工作 1 ） 超前钻探。工作面回采前， 在工作面煤墙布置 水平探眼， 以确定陷落柱具体位置。 2 ） 设备设施及支护材料的准备。为保证安全生 产， 满足现场需要， 必须在回采前准备如下材料。 进风顺槽超前棚外备用单体柱、 工字钢、 大板、 半 圆、 晋安加固Ⅰ号[7]等材料。 工作面低洼点安放风泵、 隔膜泵及排水管备用。 进风顺槽超前棚内备用割管工具、 破岩工具。 3 ） 预注浆加固。根据地质资料， 工作面回采后， 陷落柱会首先在 146- 152 架揭露，故工作面回采 前， 进行预注浆加固； 并经现场揭露校正陷落柱边界， 提前对陷落柱边界的煤岩分界处进行注浆。另外， 工 作面回采揭露陷落柱以后， 根据工作面揭露的陷落柱 岩石破碎及胶结情况进行注浆。 2.2施工工艺 1 ）施工工艺工序。工作面陷落柱超前探测→工 作面探测到陷落柱段煤岩分界处预注浆加固→采煤 机推进 （取钢管 ） 、 工作面顶板、 煤墙破碎区域注浆加 固、 工作面打设瓦斯参数测定孔→工作面陷落柱煤岩 分界点超前探测→下一个循环。 2 ） 超前探施工工艺。 超前探测分两种情况， 一是工 作面回采前， 分别在支架前方煤墙使用风动煤钻打眼， 探眼平行顺槽方向，探明工作面首先揭露范围及未来 20m内陷落柱的揭露范围； 二是工作面正常推进后， 每 推进 8m， 在陷落柱揭露范围左右各 10m范围内， 平行 顺槽方向打探眼，以探明推进方向 8m范围内的陷落 柱边界位置， 便于提前对边界注浆， 如图 2 所示。 图 2工作面陷落柱超前探视图 3 ） 注浆加固工艺。注浆时必须根据超前探数据， 提前对陷落柱边界的煤岩分界处进行注浆； 根据工作 面揭露的陷落柱岩石破碎及胶结情况进行顶板或煤 墙注浆， 如图 3 所示。 （a ）工作面过陷落柱期间注浆孔布置侧视图 （b）工作面过陷落柱期间注浆孔布置正视图 图 3工作面过陷落柱期间注浆孔布置图 193 ChaoXing 煤矿现代化2019 年第 6 期总第 153 期 2.3注浆材料、 设备及技术参数 注浆孔布置 使用风动煤钻打孔， 孔深 8m， 孔径 42mm， 下排孔距底板 1.5m， 垂直煤墙或巷帮打设， 上 排孔距底板 2.5m， 仰角 30 （1m 抬高 0.5m ） 打设， 注 浆孔水平间距 3m， 三花布置， 循环步距 4m。 注浆泵 整机重 120kg， 长宽高 1000mm 600mm1000mm，动力源为高压风动，进气压力 0.4～0.6 MPa， 注浆压力 0～12MPa。 注浆材料 采用潞安民爆的晋安加固Ⅰ号注浆材 料 （双组份 A料、 B料 ） 。 2 ） 采用晋安加固Ⅰ号注浆材料注浆工艺流程如 图 4 所示 图 4注浆工艺流程 首先按照设计的钻孔位置、 参数和规定的施工顺 序进行钻孔并检测钻孔质量， 然后安装注浆管及封孔 部件， 在确保管路通畅、 设备正常的情况下， 准备浆 液， 开泵注浆， 完成注浆工作， 最后清洗系统。具体施 工工序如下 ① 开启气源开关试运行注浆泵 （用清水 试泵、 观察出水情况 ） 。② 开启搅拌机观察搅拌机是 否运转正常。 ③ 连接孔口混合器和注浆管。 ④ 注浆系 统试运转并确认正常后， 根据现场配置的吸浆设备容 器，配料工将等量的 A、 B 料分别加入各自的吸浆桶 内， 并时刻关注其余量， 及时加料。⑤ 在确认注浆管 路与封孔器等连接正确后， 开泵注浆。 ⑥ 待注浆压力 达到 12MPa 或煤墙出现流浆的现象时，关闭气源开 关、 注浆泵结束单孔注浆。 ⑦ 按同样的程序对第二个 孔进行注浆。 ⑧ 注浆完毕后， 拆除孔口混合器和注浆 管。⑨ 注浆施工完毕后， 在搅拌机中加入清水， 开启 注浆泵进行洗泵。 3回采工艺 1 ）工作面陷落柱揭露边界位置前后 10m以外区 域， 采用正常循环工艺回采。 2 ） 工作面陷落柱揭露边界位置前后 10m 区域， 机组速度降至 0.5～1m/min。 3 ） 根据地质资料预测陷落柱揭露位置与推进进 尺变化关系。 4 ） 回采正规循环工序。割煤至陷落柱边界→采 煤机割煤装岩、 前溜开空→逼帮、 锯管→割煤至陷落 柱边界→下一个循环。每天按 2 刀煤为一个正规循 环组织。 5 ） 工作面陷落柱影响区采用采煤机配合放炮破 岩的方式推进。 若陷落柱揭露后， 岩石普氏硬度系数 在 4 以下， 可不必放炮， 直接采用采煤机截割； 若陷 落柱整体或局部 （长、 宽、 高大于 2m ） 有普氏硬度系 数达到 4 的矸石， 则进行放炮破碎。 4结论 本文依托高河矿 W4301 工作面过 Xw15 陷落柱 的工程实际， 以实现工作面不搬家倒面， 工作面回采 工作较为便捷的工作面直接过陷落柱为目标， 在工作 面超前探视的基础上， 对工作面陷落柱进行了较为全 面的分析，确定工作面陷落柱的具体方位与几何尺 寸， 通过工作面超前预注浆技术， 对陷落柱进行加固 处理、 对陷落柱不稳定边界进行了处理， 切实保障工 作面工作面回采时的顶底板稳定性， 防止突水事故的 发生。 同时， 确定了回采工作面的回采工艺， 实现了工 作面快速过陷落柱， 保证了工作面安全、 高效回采。 参考文献 [1] 钱鸣高,许家林,王家臣.再论煤炭的科学开采[J].煤炭学 报,2018,43 （01） 1- 13. [2] 尹尚先,徐斌,刘德民,徐慧.我国华北煤田岩溶陷落柱预 测研究[J].煤炭科学技术,2016,44 （01） 172- 177. [3] 张育恒.综放工作面过陷落柱开采技术探讨[J].煤矿开采, 2012,17 （04） 24- 2629. [4] 郝兵元,张玉江,戚庭野,等.综采面过陷落柱采动应力与 柱体应力相互影响模拟研究 [J]. 采矿与安全工程学报, 2015,32 （02） 192- 198. [5] 张村,屠世浩,白庆升,等.陷落柱周边应力变化及推采控 制研究[J].中国矿业大学学报,2014,43 （06） 974- 980. [6] 赵国飞,康天合,杨永康,等.工作面直接过陷落柱的盐酸 软化法及其试验研究 [J]. 采矿与安全工程学报,2014,31 （01） 97- 101107. [7] 田兆川.W1309 综采工作面过异常区Ⅱ陷落柱经验总结 [J].煤,2015,24 （11） 33- 36. 作者简介 张云峰 （1991-） ， 男， 汉， 山西长治人， 本科， 2016 年毕业 于辽宁工程技术大学采矿工程专业， 助理工程师。 （收稿日期 2018- 10- 11） 194 ChaoXing