盘区集中巷破碎顶板注浆加固技术研究_王风琨.pdf

煤矿现代化2020 年第 1 期总第 154 期 赵庄二号井井田范围内地质构造复杂，断层、 陷 落柱、 破碎带等地质构造十分发育， 煤体物理力学性 质条件恶化， 巷道支护难度逐步增加。 2103 盘区集中 巷服务年限约 10 年， 掘进后一个月， 突然出现顶板剧 烈下沉，短时间内下沉量超过 300mm，顶板下沉破 碎， 给投入使用造成较大安全隐患。 本文针对 2103 集 中巷破碎顶板展开研究，分析顶板下沉破碎原因， 制 定锚索补强和注浆加固方案。 1工程背景 赵庄二号井 2103 巷为盘区集中巷，开口位置在 西轨大巷北帮， 位置见图 1， 巷道掘进后 1 个月内， ， 距离西轨大巷 280m～550m范围， 顶板出现急剧破碎、 下沉现象，短时间内下沉量达 300mm，然后趋于稳 定。 矿方提供地质资料显示， 直接顶为砂质泥岩， 厚度 0.78m； 直接顶为粉砂岩， 厚度 6m。 2103 集中巷宽度 5m， 高度 3.4m， 顶板采用锚网 索联合支护， 每排 6 根锚杆， 间距 900mm， 紧靠巷帮 的锚杆距帮 350mm， 排距 1000mm。 顶锚索每排两根， 间距 2m， 排距 3m， 呈 “二 ○ ○ 二” 布置， 靠近巷帮 的锚索距帮 1.6m。 图 1巷道位置关系图 2顶板下沉原因分析 2.1顶板岩性分析 采用 ZDY800 煤矿用全液压坑道钻机，配套 50mm钻杆， 75mm岩芯管和 84mm 金刚石取芯钻头， 在 2103 盘区集中巷顶板破碎区，向顶板进行垂直打 孔取芯， 取芯深度 10m， 取芯数量 2 个。 岩芯取出后， 送至岩石力学实验室， 打磨加工成 盘区集中巷破碎顶板注浆加固技术研究 王风琨 （霍州煤电集团亿隆煤业 ， 山西 霍州 031400 ） 摘要 针对赵庄二号井 2103 盘区集中巷顶板突然破碎下沉问题， 通过顶板取芯测试和锚索受力测 试， 分析得到顶板砂质泥岩厚度增大和顶板锚索支护强度不足是根本原因， 制定了锚索补强方案， 在 钻孔窥视基础上进行了注浆钻孔设计。实施结果表明 注浆加固后， 6 个月内顶板下沉量不足 10mm， 顶板锚索受力均匀， 锚固力足够， 起到了显著作用。 关键词 集中巷 ； 破碎顶板 ； 注浆加固 中图分类号 TD353文献标识码 A文章编号 1009- 0797 （2020 ） 01- 0072- 03 Research on Grouting Reinforcement Technology for Broken Roof of Concentrated Roadway in Panel WANG Fengkun （Huozhou Coal and ElectricityGroup YilongCoal Industry, Huozhou Shanxi 031400 ） Abstract Aimingat the problem ofsudden fracture and sinking ofthe roofofthe concentrated roadway in the 2103 area ofZhaozhuang No. 2 well, through the core coringtest and the stress test ofthe anchor cable, it is analyzed that the increase ofthe thickness ofthe roofsandy mud- stone and the insufficient strength of the roof anchor cable are the root causes. A cable reinforcement scheme was developed, and grouting drilling design was carried out on the basis of drilling peep. The implementation results showthat after grouting reinforcement, the amount of roofsubsidence is less than 10mm within 6 months, the roofanchor cable is evenly stressed, and the anchoring force is sufficient, which plays a significant role. Key word concentrated roadway; broken roof; groutingreinforcement 72 ChaoXing 煤矿现代化2020 年第 1 期总第 154 期 标准试样后，进行成分分析和物理力学参数测定， 部 分岩石试样如图 2 所示。 图 2部分标准试样 测定结果 1 岩芯砂质泥岩厚度 3.7m，以上 6.3m 为粉砂岩； 2 岩芯砂质泥岩厚度 3m，以上 7m 为粉砂岩。 砂质泥岩抗拉强度平均值为 1.955MPa， 单 轴抗压强度平均值为 12.5MPa， 坚固性系数平均值为 2.934， 粘结力为 14.428MPa， 内摩擦角为 29.4， 属于 软岩； 粉砂岩抗拉强度平均值为 4.923MPa， 单轴抗压 强度平均值为 159.60MPa，坚固性系数平均值为 15.9， 粘结力为 32.77MPa， 内摩擦角为 47.1。 属于极 坚硬类岩石 由测定结果可以看出， 此区域顶板砂质泥岩厚度 约 3m～3.7m， 与矿方提供顶板正常区域的 0.78m差别 较大， 且砂质泥岩岩性弱， 是顶板发生下沉的根本原 因。 2.2顶板锚索受力监测 在顶板锚索上安装 MCS- 400 型锚索测力计， 监 测锚索受力状况， 发现破碎区域顶板锚索平均受力在 400kN 以上， 且部分锚索已经发生破断， 说明顶板锚 索支护强度严重不足， 是顶板发生下沉的主要原因。 3顶板注浆加固方案 3.1顶板锚索补强 在距离西轨大巷巷口 280～550m 顶板破碎范围 顶板进行锚索补强，在原两排锚索之间补打两排， 每 排三根， 长度 8.4m， 呈 “二 三 三 二” 布置， 补强后支 护示意见图 3。 图 3顶板锚索补强支护示意图 锚索采用 119 股高强度低松弛预应力钢绞线， Φ22mm， 树脂加长锚固。顶锚索长度 8.4m， 锚固长度 1970mm， 预紧力不小于 250kN。 3.2顶板注浆 首先对顶板进行钻孔窥视， 窥视深度 10m， 窥视 结果表明 顶板上方 0～3m离层、 裂隙十分发育， 顶板 上方 3～5.5m 裂隙较少， 5.5m 以上没有发现裂隙， 因 此确定注浆钻孔垂直深度为 5.5m。 顶板注浆钻孔布置 钻孔排距 3m， 每排 3 个， 中 间钻孔沿巷道中线， 垂直于巷道倾向， 与顶板水平方 向夹角 75 （方向指向巷道往里 ） ，两帮钻孔开孔位 置均距离巷帮 1m， 仰角均为 75， 孔深均为 6m， 孔 径 75mm。如图 4 所示。 a俯视图b中间钻孔侧视图c两侧钻孔侧视图 图 4顶板注浆钻孔布置示意图 3.3效果考察 锚索补强及注浆加固实施后， 通过 6 个月的巷道 变形量观测， 发顶板下沉量不超过 10mm， 顶板下沉 得到显著控制； 通过顶板锚索测力计观测， 锚索受力 平均 280kN 且未发生明显变化；通过顶板锚索拉拔 试验， 锚固力均可达到 35MPa 以上。综上观测结果， 顶板得到控制， 不再发生明显变化。 4结论 1 ） 通过顶板取芯、 顶板锚索受力测试， 发现顶板 砂质泥岩厚度增大、锚索支护强度不足是 2103 集中 巷顶板发生突然下沉、 破碎的主要原因； 2 ） 制定了顶板锚索补强方案， 在钻孔窥视的基础 上， 进行了注浆钻孔设计； 3 ） 效果考察表明， 锚索补强和注浆加固后， 顶板 下沉量显著减小， 锚索锚固力足够， 受力均匀， 顶板控 制效果明显。 参考文献 （下转第 76 页） 73 ChaoXing （上接第 73 页） [1] 张辉， 李国盛， 支光辉.松散煤岩体钻封注耦合注浆锚固 机理与试验研究 [J]. 中国安全生产科学技术， 2018， 14 （8） 141- 145. [2] 余孝民， 都海龙.大采高工作面端头无机注浆加固技术研 究[J].煤炭技术， 2018， 37 （9） 41- 43. [3] 张喜传， 周玉军， 张海波.基于新型注浆材料的工作面过 破碎断层措施[J].煤矿安全， 2018， 49 （9） 187- 190 作者简介 王风琨 （1990-） ， 男， 山西霍州人， 2015 年毕业于安徽理 工大学， 工学学士， 目前在霍州煤电亿隆煤业掘进三队从事 采掘和安全管理方面的工作。 （收稿日期 2019- 2- 20 ） 煤矿现代化2020 年第 1 期总第 154 期 要， 井筒内布置 1 个 70003500mm的加宽罐笼满足 液压支架整体升降的需要，提升机为 Φ5.34 型落 地式多绳摩擦轮提升机。 井下利用东西向和南北向的 5 条大巷 （2 条中央回风大巷、 2 条中央辅助运输大巷 和 1 条中央胶带输送机大巷 ） 开拓全井田。主副立井 井底采用水平环形式车场，井底车场标高 320m； 回 风立井落底标高 327m， 两条中央回风大巷高出中央 辅助运输和胶带大巷 7m。工作面巷道通过联络巷和 溜煤眼等方式与中央大巷连通。 矿井投产初期同样采用中央并列式通风系统、 抽 出式通风方式。 后期在北部杨段洼村附近布置 1 个回 风立井。该方案井田开拓方式平面图如图 3。 图 3开拓方案二平面图 3.2开拓方案的确定 1 ） 两开拓方案技术经济比较。 开拓方案一的主要 优点 ①煤炭由皮带运输提升， 可以实现连续运输， 提 升煤炭量大， 为后期产能释放提供了基础； ②岩石巷 道工程量少； ③充分利用了盘区煤巷的辅助运输和通 风， 减少了大量联络巷施工； ④减少了矿井施工期间 巷道揭煤次数， 降低了突出矿井施工安全风险； ⑤前 期井下巷道工程量少， 投资低， 工期短， 矿井投产早。 开拓方案一的主要缺点 ①斜井井筒工程量大； ②盘 区辅运巷和回风巷施工时间长， 巷道掘进前需要提前 瓦斯抽放， 瓦斯抽放时间具有不确定性。 开拓方案二的主要优点①煤炭由箕斗提升， 电 耗较低； ②井筒工程量小， 地面主、 辅助生产系统简 单； 开拓方案二的主要缺点 ①矿井投产时， 巷道总工 程量大， 投资高， 工期长； ②立井箕斗提升， 扩能潜力 小； ③煤巷与中央大巷间的联络巷较多， 揭煤次数增 加， 增加了巷道施工的安全风险； ④井田内瓦斯分布 西高东低， 井筒在井田中西部揭煤， 为矿井施工首次 揭煤提高了安全风险。 从上述结果可以看出， 开拓方案一对于矿井的总 体布置和规划比较合理、 可行， 岩巷施工总工程量少， 工期短， 投资见效快； 减少了矿井巷道施工期间揭煤 次数， 一定程度上降低了安全风险。 4结语 通过综合分析比较， 受场地面积限制， 主、 副井工 业场地与风井井筒分开布置是比较理想的一种设计 方案。斜井与立井分开布置可以充分利用有限的空 间， 合理布置主、 辅助生产系统， 为矿区日后管理奠定 下良好的基础。考虑到煤与瓦斯突出矿井的特殊性， 结合有关设计规范要求， 将井下开采水平布置在煤层 底板下 20m， 保留足够的安全间距， 同时为了解决生 产与安全间的主要矛盾， 设计巧妙的将盘区辅助巷布 置在煤层中与工作面巷道联系， 担负起盘区内的辅助 运输和通风任务， 减少了揭煤次数， 提高了矿井的安 全施工系数。 对其他同类突出矿井的设计和建设均具 有启发和借鉴作用。 参考文献 [1] 史晓勇. 王峰矿工业场地位置选择及开拓方式设计探讨 [J].煤炭工程， 2012 年， 7 期 9- 11 作者简介 马璐 （1988.10-） ， 男， 山西壶关人， 工程师。2012 年毕业 中国矿业大学 （北京） 采矿工程专业， 现任山西兰花科创玉溪 煤矿有限责任公司矿建技术员， 主要从事矿井建设期间的技 术管理等工作。 （收稿日期 2019- 3- 18） 76 ChaoXing