富水泥化顶板条件下开切眼围岩控制技术研究.pdf

第46 卷第9期2023年9月采矿与井巷工程富水泥化顶板条件下开切眼围岩控制技术研究煤炭与化工Coal and Chemical IndustryVol.46 No.9Sep.2023鹏（山西高平科兴申家庄煤业有限公司，山西晋城0 46 7 0 0）摘要：基于富水泥化顶板大断面巷道掘进、支护困难的问题，以申家庄煤业N11511综采工作面开切眼为例，研究了富水泥化大断面开切眼掘进支护技术，结合现场实际地质条件研究确定了大断面开切眼支护所需锚杆和锚索长度、直径以及间排距等参数，优化工作面顺槽前期顶板注浆加固、切眼一次贯通、二次扩巷等工序。结果表明，注浆区域采用锚梁悬吊替换单体柱，节省占用空间，为搬家创造条件，二次扩巷提前打设中柱，有效防止围压增大，做到了有效管控，为类似地质条件下的大断面巷道掘进与支护以及后续综合利用提供借鉴。关键词：富水泥化顶板；大断面开切眼；注浆加固；顶板联合支护；二次扩巷中图分类号：TD353文献标识码：B文章编号：2 0 9 5-59 7 9（2 0 2 3）0 9-0 0 48-0 3Study on surrounding rock control technology of open-off cutunder the condition of rich water and sludging roofGao Peng(Shanxi Gaoping Kexing Shenjiazhuang Coal Industry Co.,Ltd.,Jincheng 046700,China)Abstract:Based on the difficulty of excavation and support of large section roadway with rich water and sludging roof,theopen-off cut of No.N11511 fully mechanized mining face was taken as an example,the excavation and support technologyof large section open-off cut with rich water and sludging roof was studied.Combined with the actual geological conditionson site,the parameters such as the length,diameter and row spacing of bolts and anchor cables required for the support oflarge section open-off cut were determined,and the process of roof grouting reinforcement,primary penetration of open-offcut and secondary roadway expansion in the early stage of working face crossheading were optimized.The results showedthat the anchor beam suspension was used to replace the single column in the grouting area,which saved the occupiedspace and created conditions for the moving.The secondary expansion roadway was set up in advance,which effectivelyprevented the increase of confining pressure and achieved effective control.It provided reference for the excavation andsupport of large section roadway and subsequent comprehensive utilization under similar geological conditions.Key words:rich water and sludging roof;large section open-off cut;grouting reinforcement;roof combined support;secondary expansion面变形加大，给后续支护带来困难 7-8。国内外对大0引言断面支护的研究较多，但大部分支护强度未优化，近年来，随着煤炭开采技术的发展，综采工作面开切眼尺寸进一步加大 1-3。由于工作面巷道高度和宽度的增加，两侧及顶板均为煤层，围岩强度弱，回采难度大，围岩变形破坏范围大，较难开采。钻孔后，直接影响了开口段周围岩石的稳定性 4-。如果不及时支护，承载力不足，会导致断责任编辑：任伟ID0I:10.19286/ki.cci.2023.09.012作者简介：部鹏（198 8 一），男，山西晋城人，工程师。引用格式：鹏.富水泥化顶板条件下开切眼围岩控制技术研究 J.煤炭与化工，2 0 2 3，46（9）：48 50.48支护强度过小可能会引起安全问题 2。如果支护强度过大，后期对工作面进行强制放顶将是无效的，也会带来安全隐患。申家庄煤业N11511切眼的顺利完工，有效缓解了15号煤采掘接续紧张局面，为保证完成2 0 2 2 年度原煤产量目标奠定基础。根据N11507、N1150 9、N11511的两顺槽掘进期间已部鹏：富水泥化顶板条件下开切眼围岩控制技术研究揭露顶板情况，不排除N11513工作面在8 50 m后同样遇到此类顶板岩性突变区，届时可能也面临开切与退让的双向选择，此次N11511开切眼大断面开口不仅避免16 万t煤量损失，50 0 余米无效进尺产生，同时，也为在今后施工中采用新技术过顶板岩性突变区提供了宝贵经验。1开切眼地质概况N11511工作面15号煤K2灰岩顶板裂隙发育、局部赋存小型溶洞，富水区域长时间受水浸泡后顶板变质，整个锚索锚固区域为软弱泥岩+碎石的复合顶板，在该类顶板条件下，施工中锚网索支护已不能满足支护要求，通常采取帮部锚网+钢棚的复合支护。在以往的切眼施工中，如设计切眼开口区域处于裂隙发育区、钢棚复合支护时，则避开此类地质区域，选取两顺槽均为锚网索支护或顶板正常区域（钢棚支护下锚索施工预紧达标）进行切眼定口施工。2天开切眼支护工艺设计2.1锚索+工字钢梁组合悬吊支护顶板如图1所示。采用17.8mm6300mm锚索+11号工字钢对注浆后的切眼开口侧进行补强支护，另采取2 根17.8mm6300mm锚索+三层钢筋网的连体支护对顺槽中部及煤柱侧顶板进行加固支护；共打设14根锚索、搭配7 根工字钢，其中合格锚索11根，不合格的锚索3根。注浆加固后，锚索锚固效果显著。未注浆时锚索钻孔施工会遇空、裂隙，在加入锚固剂搅拌时因孔壁四周围岩为松散质，出现长时搅拌而不凝结、锚固失败现象；注浆加固后，浆液对顶板裂隙进行了有效填充，通过加压、挤压使原本松散质的泥岩进一步密实，另外浆液的粘结效应使围岩中的碎石有效粘结，锚索在搅拌、凝固时基本遇到长时搅拌而不凝结现象，现场测试锚索锚固力平均在30 MPa以上。N11511切眼图1开口前的注浆加固孔及锚索布置Fig.1 Grouting reinforcement hole and anchorcable arrangement before opening2.2小断面开口预注浆选取4m小断面开口，提前预注浆，预注浆区2023年第9期域因未掘巷道原生裂隙较少，注浆效果不理想（浆液从煤壁溢出），开切眼5m范围内共打注浆孔2个，注浆1t，打设2 3根锚索，其中有4根不达标，19根合格。如图2 所示。回合格错素回不合格错表注浆孔回回回回14号回回1167m处回2 号回1号回回回16号7号回回1217号图2 4m断面注浆后锚索布置示意Fig.2 Anchor cable layout after grouting of 4 m section预注浆+全锚索支护在实施中，因顶板特性，注浆孔施工和锚索孔施工效率较低，1个注浆孔施工需耗时1h，1根锚索从打孔搅拌预紧需耗时2h，极度制约掘进进度。故施工5m后改为钢棚复合支护，棚距0.8 m，棚腿角度控制不超8 7 89（基本垂直顶底板），综掘机割煤采用先掏两侧柱窝，后割煤架棚的方法，可有效控制顶板暴露时间，后帮棚腿1.2 m位置增设设防倒锚杆，配合两棚架间三路撑木，提高棚架整体性，增加棚架整体抗压能力，在施工至50 7 0 m时，顶板有少量淋水，泥质顶板遇水不稳定，顶板愈加破碎，该段采取托顶煤、穿钢钎超管控等手段顺利通过。2.3二次扩巷预注浆二次扩巷前对开切眼三岔口10 m进行预注浆，共设计10 个注浆孔，2 0 2 1年2 月19 日开始注浆，历时3d，注浆区打设13根锚索+6 根工字钢，其中2 根锚索预紧力不达标。前10 m采用炮掘作业，炮孔长度0.6 m，短掘短支、分段掘进，控制顶板暴露面积，扩巷区西帮沿用棚腿架设，钢梁与第一C次棚架钢梁交错铺设，搭接8 0 0 mm，10 m 注浆区域采用锚梁悬吊管理两钢梁铰接处，未注浆区域采用单体柱+T钢管理，10 m后综掘机截割，为防3止二次扩巷区域前增压区应力集中，对原第一次支护造成影响，扩巷期间在第一次断面西帮打设一排中柱（单体柱+钢，均为一梁三柱），综掘机割煤同样采用先掏柱窝再割煤，之后架设钢梁，中间棚腿预先使用单体柱替换，3 4m后再使用单体柱+T钢完成管理。4910号回.11号15号?9号.8号回.6号2023年第9期2.4贯通点补强支护根据顶板揭露情况，顶板岩性较差，易破碎，为保证顶板安全，防止在巷道三岔口贯通后顶板失稳造成冒顶事故，在一次施工贯通前，使用6 颗单体柱+T钢提前对轨道顺槽贯通点巷道中部位置处补强支护。2.5贯通后注浆加固及补强锚索贯通后，在贯通点至切眼15m范围内注浆加固，设计布置14个注浆孔，注8 孔，打设2 1根锚索，配与9 根工字钢管理，如图3所示。至此N11511开切眼施工补强全部结束，切眼内共计打设单体柱2 7 8 根（钢+单体柱，均为一梁三柱），架设钢梁38 4架，补强锚索57 根，10 根不达标。注浆孔合格描索口不合格锚索开切眼号轨道口顺槽1号回6号回图3贯通后注浆加固布置及补强支护示意Fig.3 Grouting layout and reinforcement support after penetration3围岩稳定性控制效果（1）大断面掘进采用架棚被动支护，在第一次掘进中，围岩应力明显，存在背板折断、钢棚承压变形现象，在50 7 0 m局部顶板有淋水情况下，顶板遇水产生膨胀性矿压，造成该段顶部离研较多，钢梁变形量较大，为防止二次扩巷时围岩应力过大，难于控制，预先在第一次架设钢棚下支设一排中柱，第二次掘进架棚时，二次扩巷中随着掘进断面变大，围岩应力重新分布，原第一次掘进断面围岩应力明显变小，第二次掘进巷道围压整体增高，二次架设钢棚变形严重，在补棚、补强单体柱后，得以有效控制。（2）切眼内每30 m设置一组围岩观测点，顺槽岔口处打设围岩观测点、顶板离层仪，掘进期间每日观测底板和开切眼两帮变形量。根据观测数据分析，开切眼两帮在30 d内移近量为39 0 mm，之后逐步趋于稳定。围岩变形曲线如图4所示。4结 论（1）将设计的支护方案应用到N11511工作面开切眼巷道中，巷道顶板的变形得到有效控制，在施工过程中，巷道顶底板移近量控制在2 0 0 mm煤炭与化工左右，两帮变形量在390 mm左右，开切眼处于一个长时间的稳定状态，可以满足工作面正常回采的需要。（2）为了保证支护设计效率，除采用传统的工程类比法和理论分析法确定巷道支护参数外，应根据现场结构情况对实际参数进行调整，在评估支护效果时，调整支护参数。50014003002001000Fig.4 Deformation curve of open-off cut surrounding rock参考文献：1 魏斌.大断面开切眼迈步掘进一次成巷工艺技术研究 J.煤炭工程，2 0 2 2，54（7）：2 6-30.2刘世峰，郭鹏.厚冲积层薄基岩大断面开切眼稳定性控制技术研究 J.矿业安全与环保，2 0 2 2，49（1）：8 48 9.3韩伟，高振军.煤巷掘进工程影响因素及防治措施研究 J.煤炭科学技术，2 0 2 1，49（S2）：6 0 6 6.4高奎英.大跨度厚煤层开切眼二次成巷快速掘进技术 J.煤炭科学技术，2 0 2 1，49（S2）：50-54.5 陈立虎，张百胜，邸旭峰，等.深埋大断面开切眼大厚度泥岩顶板冒顶机理及其梯次支护技术研究 J.煤炭技术，2022,41(1):25-30.6周刚，李胜虎.火石咀煤矿综放工作面采煤机扩切眼技术实践 J.煤炭与化工，2 0 2 1，44（11）：14-16，19.7芦海涛，迟超飞，霍海增，等.大坡度开切眼上山机掘快速掘进技术的研究与应用 J.内蒙古煤炭经济，2 0 2 1（2 0）：10 12.8 李绍海，邢旭东，郑祥奇.复杂复合顶板大断面切眼一次成巷技术研究 J.煤炭技术，2 0 2 1，40（9）：15-18.9张进鹏，刘立民，刘传孝，等.松软厚煤层异型开切眼新型预应力锚注支护研究与应用 J煤炭学报，2 0 2 1，46（10）：3 127 3 138.10 王凯，王劲翔，李廷春，等.复合顶板大跨度开切眼联合支护技术研究 J.矿业研究与开发，2 0 2 0，40（6）：52-56.11汪超.大跨度开切眼巷道支护参数设计研究 J.能源与环保，2 0 2 0，42（1)：156-16 8，16 4.12 周忠国，周峻洋，刘安福，等.急倾斜中厚煤层开切眼底板治理技术研究 J.煤炭技术，2 0 19，38（9）：8 8-9 0.第46 卷一底板顶板两书102030405060时间/d图4开切眼围岩变形曲线50