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复杂地质条件下“一巷一策”围岩治理模式刘振，祁连光（淮北矿业股份有限公司许疃矿，安徽淮北2 350 0 0）摘要：随着矿山开采程度和开采深度的不断增大，煤炭资源的开采条件趋于多样化、复杂化,巷道围岩治理工作愈发困难。以许疃矿为工程背景,全面介绍了许疃矿“一巷一策”围岩治理模式核心)技术的特点,分析并总结了“一巷一策”围岩治理模式技术和工艺的要点。在工程实践中形成了以“沿空小煤柱注浆加固技术”“采区顶板深孔预裂爆破切顶卸压技术”“多煤层开采地面注浆加固再生顶板技术”“工作面垛式支架超前支护技术”为核心的“一巷一策”围岩治理模式。关键词：“一巷一策”；小煤柱；切顶卸压；注浆再生顶板；垛式支架中图分类号：F406.3；T D 7 12文献标识码：A文章编号：10 0 8-0 155(2 0 2 3)13-0 0 0 6-0 4目前，随着我国煤矿开采程度和深度不断加大，煤炭资源的开采条件也趋于多样化与复杂化，对于煤矿巷道的围岩治理技术提出了更高的要求。虽然我国巷道围岩的治理技术丰富，但对特定围岩赋存条件下的巷道围岩治理存在一定的困难，主要难点集中于对巷道特定围岩的矿压特征和针对性设计支护两个方面。为解决巷道围岩治理中存在的难题，许疃矿在生产实践和技术攻关中，秉持着“坚持主动支护，持续创新攻关”的理念，总结出巷道围岩“一巷一策”的治理模式1-0 。许疃矿巷道围岩的“一巷一策”治理模式主要包含以下四个方面：沿空小煤柱的注浆加固、采区顶板深孔预裂爆破切顶卸压、多煤层开采地面注浆加固再生顶板、工作面垛式支架的超前支护技术。1沿空小煤柱注浆加固1.13238风巷工程概况许疃矿32 38 风巷长17 0 2 m，埋深6 50.8 7 8 3.6 m，沿32 36 采空区掘进。32 38 风巷基本顶为细砂岩，平均厚度3.2 m；直接顶为泥岩，平均厚度6.8 m；直接底为泥岩，平均厚度3.0 4m。32 38 巷道水文地质条件复杂，存在顶板滴水、淋水问题。同时，矿压显现复杂，单一的支护效果差，具有典型的“三软一高”围岩特征。3238风巷的围岩治理主要存在围岩条件差、煤层顶板倾角大、煤柱煤体松软和注浆效果差等治理难点。针对32 38 风巷的围岩治理困难，许疃矿采用“锚-网-索-梁-注”联合强支护的围岩治理模式，该模式以一次“强支护”技术和小煤柱注浆加固技术为主，如图1所示。一次“强支护”技术在32 38 风巷原有的支护基础上,对顶板中顶及两侧分别增补一道走向锚索梁，横向6锚索与走向锚索交替，形成“32 3”网格式布置。对小煤柱侧在原锚杆支护的基础上，每隔一排增补一道竖向锚索梁，上、下端锚索着力于顶、底板岩层中。对实体帮增补竖向锚索梁，实体侧的顶板增补走向加固锚索梁。同时优化注浆工艺，采用“深浅孔、微压、低浓、速凝”进行注浆，深孔与浅孔根据“三花眼”布置，合理选用注浆液的浓度、适当控制压力，反复进浆，提高帮部承载力，达到对32 38 风巷进行强支护的目的。走向加固锚索配锚注装置（间距3.2 m）22L=8200mm喷浆范圈5024注浆管锚注装置L=1500mm2500图132 38 风巷支护及煤柱注浆加固方案小煤柱注浆加固技术采用自配煤柱注浆专用水泥作为注浆材料，采用优化后的“深浅孔、低浓、微压、速凝”注浆工艺，在巷道施工后15d内的压力释放期，采用间隔注浆方式循环注浆对小煤柱进行注浆加固。1.23238风巷围岩治理效果3238风巷围岩进行一次“强支护”和小煤柱注浆加固后,对巷道表面位移、锚杆受力及顶板离层进行监测发现：治理后，巷道表面的位移减少，巷道变形得到有效控制，巷道锚杆的受力稳定，顶板浅部范围内的总离层量为41.4mm深部范围内的总离层量为31.1mm，卷道中心线2500松动圈的发展得到了控制，达到了支护效果。顶板离层数据如图2 所示。二深部离会一浅部离层4030-2010002采区顶板深孔预裂爆破切顶卸压2.17,314工作面工程概况及治理难点7,314工作面属8 3下采区，标高-516.8 -6 42.4m。开采煤层为7，煤，煤层厚度3.4 6 2 m，平均4.6 m，煤层倾角0 2 6，平均13，煤层顶底板岩性如表1所示。工作面直接顶为泥岩，厚度0 5.97 m，平均2.8 m，老顶为细砂岩，厚度1.8 11.9m，平均4.98 m。采用单一走向长壁采煤法，综合机械化采煤工艺，采高控制在3.4 5.4m。采区上、下山等主体巷道易受采动的影响，损坏严重。采煤工作面停采后，上覆岩层形成较长的以煤柱为支点的悬臂梁，煤柱承受较大的支撑力，当巷道距采煤工作面停采线较近且预留护巷煤柱尺寸不足时，超前支承应力及岩层破断产生采动应力会对工作面前方的主体巷道起到应力扰动影响，可能破坏采区主体巷道的稳定性，使巷道发生较大变形,增大巷道安全性和稳定性的维护难度。表1顶底板岩性顶板岩石平均厚度名称名称(m)老顶细砂岩4.98直接顶泥岩2.80直接底泥岩2.33.152251020时间/d图2 顶板离层数据曲线岩性特征深灰色，含大量泥质，致密破碎，局部含砂质，底部夹有0.0 5m硅质胶结深灰色，薄层状水平层理，含根部化石，底部含砂质深灰色，薄层状水平层理，含大量植物根部化石30浅灰色，石英为主，层理面上覆老底细砂岩11.012.27,314工作面切顶卸压治理方案综上，许疃矿提出的“主动减压”思想，采用深孔预裂爆破技术，切断采空区与工作面上方顶板的“悬臂梁结构”减少超前支承压力影响，改善采区准备巷道所处的应力环境，使巷道处于卸载区，提升巷道围岩的稳定性。深孔预裂爆破位置为腰巷，位于煤层下方，穿煤层段的钻孔采用下套管护孔工艺。炸药选用直径为63mm的煤矿瓦斯抽采水胶药柱（由特制的三级煤矿专用水胶炸药制作而成的深孔爆破药柱，每米3.3kg）。雷管采用煤矿专用电雷管起爆。预裂爆破分为两组,第一组位于收作线前（煤柱侧)10 m,第二组位于收作线前方（煤柱侧）2 0 m，两次爆破的步距为10 m。爆破高度设置为2 0 m，角度大小为10。炮眼深度与工作面的长度和煤层倾角有关。炮眼深度按照公式L=1/cos计算,式中,L为炮眼深度,1为炮眼投影水平长度，为炮眼倾角。爆破位置炮眼布置如图3所示。泥岩炭膜和微量白云母片，硅质胶结粉砂岩细砂岩泥岩机巷保护煤柱控制线72314风巷爆高控制线（煤层顶板2 0）72314腰巷72314机巷图3第一组爆破位置炮眼倾向方向布置图2.37,314工作面切顶卸压护巷效果评价为评价停采线位置处深孔预裂保护切顶卸压护巷的效果，在8 3下采区运输兼行人下山及周边主要巷道内布置监测站，利用BJSD激光隧道断面仪进行持续监7+未注浆测。监测数据如图4所示。9月2 8 日uus8os皮带影响不作为分析区域图4A3测点-对应腰巷区域从监测结果得知，8 3下采区运输兼行人下山内布置的监测站,巷道断面的移近量平均在40 mm，在工作面预裂爆破切顶卸压倾向保护范围内，巷道的移近量较小，整体的支护效果良好。可见，在停采线位置施工切顶卸压后，工作面的超前采动影对采区准备巷道的影响较小，巷道围岩稳定。切顶卸压技术缓解了采区准备巷道的压力显现，起到良好的护巷效果。3多煤层开采地面注浆加固再生顶板3.17,210工作面工程概况及治理难点许疃矿7,2 10 工作面走向长1950 m，倾斜长18 8 m，煤厚2.7 6.0 m，平均3.5m。工作面中段6 0 0 m、外150m区域7，与7，煤层间距0 7.6 m，平均4.2 m。由于层间距小，7，煤层顶板受采动破坏的影响大，造成顶板破碎，部分顶板为采空区再生顶板。临近7,2 6 工作面外段,过7，与7，煤层间距2 m区域范围内期间片帮漏顶，严重制约了工作面的安全高效开采。3.27,210工作面地面注浆加固方案地面注浆共设计9个钻孔，在7,2 10 工作面中段600m范围由东北向西南方向逐渐布置7 个钻孔,钻孔编号为7,2 10 X17,2 10 X 7；在外段收作线附近150 m区域南北方向布置2 个钻孔，钻孔编号分别为7,2 10 X8、7,210X9。地面注浆段为7 煤顶板以上约2 0 m，材料选取注浆浆液的最优配比为：固体料中水泥含量占比20%30%，粉煤灰含量占比8 0%7 0%，比重1.30左右。注浆结束后钻孔总注浆量2 7 0 57.0 2 56 t。3.37,210工作面顶板注浆效果通过FLAC3D软件，建立模型进行数值模拟分析，评价7,2 10 工作面顶板的注浆加固效果。分析模拟结果可知，在未注浆的条件下，7,2 10 工作面回采后的顶板卸压程度最高，而只回采7，煤时，卸压程度最低,即注浆模型曲线介于未注浆和只采7 2煤两者模型曲线之间，说明注浆改造后再生顶板力学属性好于未注浆，低于正常顶板。不同模型7，煤顶板828m最小主应力对比如图5所示。2月2 7 日2.001.000.0047.03mm-3.00-4.0068.2mm-5.00051015202530354045505560657075808590图5不同模型7 2 煤顶板2 8 m最小主应力对比图模拟结果显示,随着工作面不断推进，顶板出现塑性破坏,近似马鞍形,未注浆和已注浆模型两带高度均小幅度递增，层间岩层破坏区域变化不明显，说明开采7，煤时,已无明显的周期来压,顶板的破坏高度统计见图6。由图可知，只采7，煤时，顶板完整，两带高度最小，7，煤采动后，顶底板岩层受到破坏，未注浆情况下开采7，煤，两带高度最大，注浆模型两带高度介于两者之间。垮落带高度(m)导水裂隙带高度(m)6050402010综上，通过对不同模型数值的模拟结果分析可知，在7，煤回采基础上开展地面预注浆工程改造7，煤再生顶板后，再生顶板岩体结构会得到改善，7,2 10 工作面回采过程中，顶板的下沉量及上部“两带”的发育高度较不注浆时减少，但仍大于只采的7，煤，揭示出注浆效果较好。4工作面垛式支架超前支护4.17,28工作面工程概况及治理难点7,28综采工作面位于许疃煤矿8 2 采区下山右翼第一阶段，工作面走向长136 2 m，倾斜长2 45m。面积为3336 90 m，地面标高+2 5.33+2 6.0 0 m，工作面标高-417.9-539.4m；西为7,2 6 工作面（已回采），南到SDF405正断层，北至DF433逆断层，东临7,2 10 里段工作面（未准备），上覆7,2 8 工作面（已回采）、7,2 10工作面(已回采）。+已注浆+只采7 2 煤与切眼距离/m5552402017只采7 煤图6 不同模型推进90 m两带破坏高度图21已注浆未注浆推进90 m步距工作面7，煤层属二迭系下统下石盒子组，7 2 煤厚0.506.00m，平均3.0 7 m。该工作面7 2 煤层距上覆7,28采空区、7,2 10 采空区0 13m，平均6.8 3m。工作面里段2 8 0 m为7，煤、7 煤合并区，上部130 m为7,2 8采空区，下部局部为7,2 10 采空区。7，煤层与下部8 2煤层层间距12.14 2 0.7 8 m，平均15.8 3m。7,28综采工作面风巷巷道断面为矩形，宽4.50 m，高3.50 m。巷道采用锚、网、梁、锚索联合支护，顶、帮锚杆为直径2 2 mm、长2 6 0 0 mm锚杆，间排距为8 0 0 mm800mm。现有的7,2 8 综采工作面风巷的支护方式虽然可以满足正常生产活动的需要，但是7,2 8 综采工作面的围岩应力普遍较高，另外在构造附近,围岩的完整性较差,比较破碎,强度低,围岩属于复杂多变的软岩,巷道压力大、自稳时间短、围岩变形量大、变形速度快、持续时间长，巷道维护困难，维护劳动强度高，严重制约了综采工作面的安全高效生产。4.27,28工作面“长锚索+垛式支架+超前扩刷”联合支护综上，许疃矿在7,2 8 工作面应力集中区域采用“长锚索+垛式支架+超前扩刷”联合支护的管控模式。超前支护中采用“2-2-2”的走向布置锚索梁，锚索梁垂直底板,均匀布置，梁用一梁两锚索孔U型钢、上下端锚索均采用钢绞线，上端锚索装置抗剪铁刹，支护方式如图7 所示。拔提堂皮超式火饭图7 7,2 8 工作面巷道帮部加固示意图20L-00图8 7,2 8 工作面巷道垛式支架超前支护示意图7,28综采工作面支架选用结构简单、尺寸更紧凑、重量轻、整体性强，支护效果好的ZQ2400/19/40垛式支架，解决传统支架反复支撑次数过多对顶板造成二次破坏的问题，同时长距离布置，提高巷道的支护强度。支架布置方式如图8 所示。4.37,28工作面“长锚索+垛式支架+超前扩刷”联合支护治理效果通过十字布点法观测巷道顶底板及两帮的移近量，评估7,2 8 工作面的围岩治理效果，观测结果显示，巷道采用垛式支架进行超前维护，避免反复卸载、支撑顶板，能够有效支撑顶板，减少巷道的变形量。优化围岩支护以来，未发生过一次因为垛式支架支护强度不足，造成漏研的情况，有效降低了生产成本，进一步简化了支护工艺,降低了劳动强度及安全风险,缩短了工期、提高了工效。5结语许疃矿认真落实围岩治理工作，坚持“主动支护”的理念，通过深人研究沿空小煤柱的注浆加固、采区顶板深孔预裂爆破切顶卸压、多煤层开采地面注浆加固再生顶板、工作面垛式支架超前支护等技术，建立了“一巷一策”的围岩治理模式，并结合工程实践，优化了“一巷一策”的围岩治理模式，下一步将开展许疃矿不稳定覆岩下厚煤层小煤柱沿空掘巷支护技术的研究、围岩变形在线监测预警系统的研究、复杂地质条件厚煤层智能综采围岩稳定控制技术的研究，在33采区推广应用停采线顶板深孔预裂爆破切顶卸压护巷技术P1m708:02m单体女柱21163162161日米方向7,28二作百的研究,进一步提升矿井围岩的治理水平,促进矿井的高质量发展。参考文献：1高岗荣.煤矿注浆技术综述J.建井技术,2 0 2 0,41(05):1-9+23.2赵晨.沿空掘巷小煤柱支护优化设计研究J.山东煤炭科技,2 0 2 0(10）：37-39.3韩晋光.注浆加固技术在小煤柱沿空掘巷中的应用研究J.能源与节能,2 0 2 0(0 8）：17 1-17 3.4李斌.窄煤柱沿空掘巷切顶卸压技术研究J.能源技术与管理,2 0 2 0,45(0 5):8 8-90.5段浩.井下采煤技术与采煤工艺的发展现状及选择J.中国石油和化工标准与质量,2 0 2 1,41（0 7）：16 1-16 2.6乔亮.缓倾斜厚煤层沿空掘巷围岩变形规律数值计算分析J.煤炭科技,2 0 2 1,42（0 5）：46-50.作者简介：刘振（197 6-），男，安徽宿州人，本科，高级工程师，从事矿井“一通三防”技术管理工作。9