工作面过巷式开采遗留空巷治理技术研究_张炎朝.pdf

煤矿现代化2020 年第 1 期总第 154 期 我国从 2004 年开始进行煤炭资源整合，在此之 前， 巷式开采在小煤矿普遍存在。巷式开采的突出问 题是通过巷道掘进方式采煤， 采优弃劣、 采易弃难， 资 源采出率低下， 并留下大量废弃空巷， 空巷顶板支护 条件差多数出现冒落， 空巷内部状态复杂多样， 为整 合之后正规采煤工作面的布置带来极大的顶板、 瓦 斯、 透水隐患， 尤其是在山西省已经成为普遍问题[1～2]。 本文以山西省海天煤业 3616 工作面过巷式开采遗留 空巷为例， 介绍治理技术。 1工程背景 山西省海天煤业 3616 工作面回采 3 煤层， 煤层 平均厚度 4.8m， 走向和倾向上近水平， 采用分层开采 方式， 先采上分层， 上分层采高 2.4m。在 3616 工作面 顺槽掘进过程中， 遇到 7 处顶板冒落区。经对老工人 走访和钻孔探测，确定该区域为巷式开采遗留空巷， 并确定其大致布置方式， 主体为 3 条平行空巷， 其余 为联络巷， 如图 1 所示。走向上影响范围约 110m， 倾 向上影响最大深度 50m。由于该区域遗留空巷、 联络 巷、 遗留煤柱散乱分布， 工程条件较为复杂， 空巷内大 部分冒落， 冒落岩体松散堆积， 存在严重的瓦斯积聚 和顶板冒落风险，给工作面回采带来极大的安全隐 患。 图 1巷式开采遗留残采区与工作面位置关系 2空巷冒落状态及工程特性分析 2.1空巷冒落状态 原巷式开采宽度 6m， 高度 4.5m， 沿煤层底板掘 进， 留有 0.3m顶煤， 空巷废弃后， 顶煤随直接顶冒落， 碎煤和破碎岩块将空巷填充， 但留下大量空洞、 大裂 隙， 空巷之间煤柱经过长期压力作用， 较为破碎， 小裂 隙十分发育， 剖面示意图如图 2 所示。 工作面过巷式开采遗留空巷治理技术研究 张 炎 朝 （霍州煤电集团霍宝干河煤矿 ， 山西 霍州 031400 ） 摘要 针对海天煤业 3616 工作面过巷式开采遗留空巷问题， 介绍了遗留空巷的危害， 分析了冒落 空巷和破碎煤柱工程特性并采用不同的治理方式， 采用高水充填材料减少了材料消耗量， 采用分次循 环钻进解决了破碎区域打钻卡钻问题。结果表明 注浆加固后， 工作面片帮、 冒顶得到显著改善， 工作 面顺利通过遗留空巷。 关键词 巷式开采 ； 遗留空巷 ； 冒落空巷 ； 破碎煤柱 ； 冒顶 中图分类号 TD353文献标识码 A文章编号 1009- 0797 （2020 ） 01- 0018- 03 Research on Treatment Technology of Remaining Empty Roadway in Working Face Passing Road Mining ZHANG Yanchao （Huozhou Coal and ElectricityGroup Huobaoganhe Coal Mine , Shanxi Huozhou 031400 ） Abstract Aimingat the problem ofleftovers in the roadwayminingof3616 workingface ofHaitian Coal Industry, the hazards ofthe remain- ing empty lanes were introduced. The engineering characteristics of the caving and broken coal pillars were analyzed and different treatment s were adopted. The high water filling materials were used to reduce the materials. Consumption, using fractional cycle drilling to solve the problem of drilling and drilling in the crushing area. The results showthat after the grouting reinforcement, the working face and the roof are significantlyimproved, and the workingsurface passes through the remainingemptyroad. Key words roadwaymining; remainingemptyroadway; roofcaving; cavingemptyroadway; broken coal pillar ; roofcaving 18 ChaoXing 煤矿现代化2020 年第 1 期总第 154 期 图 2遗留空巷及煤柱破碎现状剖面示意图 可以看出， 工作面上分层回采至该区域时， 存在 严重的片帮、 冒顶、 底部松软支架下沉、 倒架风险， 必 须进行治理。 2.2工程特性分析 拟采用注浆方式对空巷冒落区进行充填， 工程特 殊之处在于 1 ） 成孔困难。冒落空巷内形态复杂， 浆液流动性 不确定， 必须通过施工深孔至指定位置， 在孔内插管 进行注浆， 在顺槽内向煤体施工深孔， 注浆钻孔需要 穿越多个冒落空巷破碎带，存在严重的卡钻问题， 成 孔困难； 2 ） 注浆材料消耗量大。空巷内空洞、 裂隙十分发 育， 注浆材料消耗量极大， 必须控制注浆成本， 但浆液 必须能够起到较好的粘结作用， 将破碎岩块胶结在一 起， 形成完整的再生煤帮和顶板； 3 ） 冒落空巷、 破碎煤柱内裂隙发育程度不同。冒 落空巷内矸石堆积松散， 空洞、 裂隙十分发育， 通过灌 注充填方式即可达到较好的扩散效果， 对注浆压力要 求很小， 而破碎煤柱内属于微小裂隙， 必须通过较高 的注浆压力才能保证浆液的充分扩散， 因此， 二者必 须单独治理。 3治理方案 3.1空巷冒落区治理 采用顺槽内超前深孔注浆的方式。 采用钻场布置 方式， 钻场布置方式具有集中化， 不必频繁移动钻机、 注浆泵等笨重设施的优点，一个钻场布置 3～4 个钻 孔， 钻孔角度与巷道夹角 15～55， 孔深 12m～66m， 对该区域形成全覆盖。钻场布置示意如图 3 所示。 图 3顺槽内深孔钻孔布置示意图 注浆材料 注浆材料采用河南理工大学研发的高 水充填材料， 使用水灰比 5∶1， 可以大幅减少材料用 量， 浆液约 30min 完全失去流动性， 可以满足破碎区 域充分扩散， 60min 终凝， 7 天强度约 1.2MPa； 破碎区域成孔工艺 打钻过程中， 遇到孔内破碎、 塌孔、 卡钻问题， 处理方式采用分次循环钻进方式， 即 在孔口安装 1 节 2m 长套管， 外部安装法兰盘， 当出 现卡钻时， 退钻， 利用套管对孔内进行注浆， 采用高水 充填材料，水灰比 1.5∶1， 8min 左右失去流动性， 30min 具备 2MPa 强度， 1h 后撤下法兰盘，进行二次 套孔钻进， 通过套孔、 注浆循环钻进， 使钻孔达到指定 深度， 再进行插管注浆。 3.2破碎煤柱治理 破碎煤柱治理在工作面回采到此区域附近时进 行， 当回采至破碎煤柱附近时， 在工作面采用 8m 浅 孔对前方煤壁、 顶板进行加固， 钻孔间排距均为 2m， 此后， 工作面每推进 5m， 进行 1 次注浆。 注浆材料 注浆材料采用河南理工大学研发的双 液注浆材料， 使用水灰比 0.8∶1， 材料约 2min 完全失 去流动性， 2h 强度 12MPa， 可以实现注浆后工作面快 速回采； 注浆压力 根据现场浆液扩散情况， 注浆压力不 低于 6MPa。 3.3治理效果考察 注浆量 空巷治理深孔平均单孔注浆 8 吨， 破碎 煤柱浅孔单孔注浆量约 0.25 吨， 总计注浆量 192 吨。 片帮、 冒顶情况 工作面揭露空巷时， 发现空巷内 冒落矸石胶结良好， 煤帮平直， 顶板良好， 重点对破碎 煤柱进行单独加固，回采过程中仅发生轻微片帮， 未 发生冒顶，工作面顺利通过该巷式开采遗留空巷， 如 图 4 所示。 图 4工作面回采实景 4结论 1 ） 巷式开采遗留空巷给工作面回采带来严重的 片帮、 冒顶、 倒架风险， 必须进行治理； 2 ）分析对比了冒落空巷和破碎煤柱工程特性， 并分别制定针对性注浆加固方案， 采用高水灰比注浆 材料节约了材料使用量， 采用分次循环钻进解决了破 碎区域钻孔施工卡钻问题； （下转第 23 页 ） 19 ChaoXing （上接第 19 页 ） 3 ）效果考察表明， 通过该治理方式， 遗留空巷得 到有效填充加固， 工作面片帮、 冒顶得到显著控制， 实 现了工作面顺利回采。 参考文献 [1] 胡炳南.我国煤矿充填开采技术及其发展趋势[J].煤炭科 学技术， 2012， 40 （11） 1- 5. [2] 孙万明， 刘鹏亮， 崔锋， 等.高水材料条带充填开采地表沉 陷主控因素分析[J].煤炭科学技术， 2013， 41 （12） 11- 14. 作者简介 张炎朝 （1990-） ， 男， 山西霍州人，2015 年毕业于安徽理 工大学， 工学学士， 目前在霍州煤电霍宝干河煤矿掘进五队 工作， 从事采掘和安全管理方面的工作。 （收稿日期 2019- 1- 17） 示。 （a ） 两帮位移量 （b） 底鼓量 （c ）顶板下沉量 图 6支护方式与围岩变形的关系 可以看出， 图中单纯锚索支护， 巷道最大两帮位 移量 693mm， 底鼓量 286mm， 顶板下沉量 249mm； 在 使用注浆的基础上再进行锚索补强的支护方式以后， 巷道两帮位移量最大为 174mm、底鼓量最大为 80mm、 顶板下沉量最大为 184mm， 与单纯锚索支护 相比， 两帮位移量、 底鼓量、 顶板下沉量最大值分别下 降 81.7、 72、 36.1， 变形量明显减小， 巷道支护质 量明显提升。 5结论 针对高应力动压影响巷道，浅部围岩破碎严重， 首先应采用高压注浆加固技术， 提高浅部围岩承载能 力，深部应力向浅部转移，浅部围岩应力能够达到 20MPa 应力以上， 深部应力降低 2～4MPa， 破碎围岩形 成完整结构体。 在此基础上采取强力锚索支护能够充 分发挥锚索与注浆后围岩的相互作业， 大大改善巷道 围岩性质， 提高围岩强度， 确保加固后的巷道围岩稳 定， 巷道围岩变形量能够减少 60以上， 巷道加固质 量和效果大幅提高， 有效延长了巷道使用时间。 参考文献 [1] 康红普， 王金华， 林健.煤矿巷道锚杆支护应用实例分析 [J].岩石力学与工程学报， 2010 （4） 649－664. [2] 侯运炳,高振亮,于辉,赵云轩,陈林林. 屯兰矿软岩巷道锚 网索联合支护技术研究[J]. 中国矿业. 201411 [3] 余伟健， 吴根水， 等.薄煤层开采软弱煤岩体巷道变形特 征与稳定控制[J].煤炭学报， 2018 （11） . [4] 赵帅.大埋深高地应力矿压治理的技术实践[J].江西煤炭 学报， 2018 （11） . [5] 杜金顿. 强动压影响回采巷道锚网索平衡支护技术研究 [J].山东科技大学学报， 2017 （5） . [6] 徐香庆.松软破碎围岩巷道注浆加固技术应用研究[J].煤 炭工程， 2012. [7] 张勇利.巷道破碎围岩加固技术应用与实践[J].煤矿开采， 2014. [8] 荆升国. 高应力破碎软岩巷道棚索协同支护围岩控制 机理研究[D].中国矿业大学 2009. 作者简介 宋伟东 （1986.1- ） ， 男， 2016 年 1 月毕业于太原理工大 学采矿工程专业， 本科， 现就职于山西晋煤集团泽州天安昌 都煤业有限公司生产技术部， 主管技术员。 （收稿日期 2019- 3- 6） 煤矿现代化2020 年第 1 期总第 154 期 23 ChaoXing