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回采工作面小煤柱注浆加固技术研究韩锋勇（山西焦煤集团霍州煤电洪崖煤业有限公司，山西洪洞041600）摘要：洪崖煤业 30503 轨道巷采用 10 m 煤柱护巷，巷道煤柱较高且煤柱在采空区侧向应力、采动压力等多因素作用下出现裂隙扩展、承载能力降低情况。为确保 30503 轨道巷围岩稳定并减少煤柱帮变形量，提出采用注浆方式加固煤柱，并对注浆加固参数进行设计。现场应用后，30503 轨道巷注浆加固段围岩变形速率、围岩变形量较未注浆段明显降低，对煤柱注浆加固取得较好效果。关键词：煤炭开采；小煤柱；注浆加固；围岩变形中图分类号：TD353文献标识码：A文章编号：1672-1152（2023）09-0229-030引言为提高井下煤炭资源采收率，很多矿井在布置采煤工作面时采用小煤柱护巷方式，然而小煤柱受回采扰动、地应力等因素影响下容易出现变形问题1-2。小煤柱护巷时首先应考虑煤柱的稳定性，注浆是提高小煤柱稳定性及承载能力的主要措施之一，在山西大同矿区、晋城矿区以及河南渑池矿区等均有成功应用3-5。山西某矿 30503 回采工作面轨道巷采用小煤柱护巷方式，巷道局部遇到地质构造围岩破碎，巷道出现一定程度的变形问题，为此提出采用注浆方式加固煤柱，为巷道围岩变形控制创造良好条件。1工程概况30503 回采工作面开采的 5 号煤层厚度均值为2.7 m、倾角 15，埋深均值为 350 m，开采范围内煤层赋存稳定，采面回采巷道均沿煤层顶板掘进。5 号煤层直接顶为灰色细砂岩（厚度均值为 3.4 m）、基本顶为中粒砂岩（厚度均值为 7.6 m）、直接底为泥岩及炭质泥岩（厚度均值为 2.0 m）、基本底为砂质泥岩及细砂岩互层（厚度均值为 4.5 m）。30503 轨道巷采用小煤柱护巷方式，留设的保护煤柱宽度为 10 m，围岩采用锚网索支护方式，具体支护断面见图 1。30503 轨道巷断面为斜梯形，巷道断面净面积为 13.57 m2，采用的锚杆为 椎22 mm2 600 mm 螺纹钢锚杆、布置间排距为 700 mm700 mm；锚索为 椎17.8 mm7000mm钢绞线、布置间排距为 1 700 mm2 100 mm。由于 30503 轨道巷巷道断面较大，轨道巷与邻近的 30501 采空区间仅留设有 10 m 保护煤柱，从而导致煤柱受到较大的应力作用，同时轨道巷底板为承载能力及强度相对较低的泥岩、炭质泥岩，底板岩层遇水容易出现膨胀变形、泥化等情况，导致轨道巷围岩较为破碎。30503 回采工作面开采后在采动压力作用下会进一步增大 30503 轨道巷围岩变形量、加剧煤柱破碎程度。为确保 30503 轨道巷围岩稳定，提出采用注浆方式加固小煤柱。2注浆加固技术应用30503 轨道巷原采用锚网索支护，受采动以及现场地质条件等多因素影响，巷道围岩出现变形量大、煤柱帮位移量大、煤柱裂隙发育等情况，为确保轨道巷可正常使用，需要对煤柱进行注浆加固6-7。在 30503 轨道巷小煤柱注浆时浆液选用水泥单液浆，浆液的基本材料为 PC42.5 水泥基，水灰质量比控制在 10.50.8，并可依据现场注浆情况调节。在浆液搅拌时添加一定量的添加剂，具体为膨胀剂、减水剂按照质量配比为 61 的混合物。配制后浆液强度控制在 20 MPa 以上，结石率在 96%以上。在 30503 轨道巷煤柱帮布置 2 排注浆钻孔，其中上排、下排注浆孔与底板间距分别为 2.2 m、1.2 m，钻孔孔径统一为 42 mm，两排钻孔呈三花眼布置，钻孔间隔均为 6 m。其中上排钻孔均有 30仰角、下排钻孔垂直巷帮布置，具体钻孔布置情况见图 2，注浆钻孔孔深统一为 4.5 m。结合现场注浆需要，设计一种便于注浆及更换的注浆管，具体见图 3，其中孔口管为 椎20 mm 的无缝钢管，管长为 3.6 m，从距离管口 1.5 m 位置开展钻孔，收稿日期：2023-04-06作者简介：韩锋勇（1986），男，山西朔州人，本科，毕业于河北工程学院采矿工程专业，工程师，从事煤矿地质测量工作。总第 212 期2023 年第 9 期山西冶金Shanxi MetallurgyTotal 212No.9，2023DOI:10.16525/14-1167/tf.2023.09.089图 1轨道巷支护断面（未标单位：mm）4 600底板1515煤层巷中顶板钢带排水管15200200151515防尘管风管15技术应用山西冶金E-mail:第 46 卷2-2剖面图图 2注浆钻孔布置示意图注浆管上每个圆周有 3 个 椎8 mm 注浆孔，注浆管上注浆孔排距均为 0.3 m；在注浆管头部位置焊接 1 个椎16 mm 接头，便于后续注浆工作开展。轨道巷小煤柱采用型号 ZBYSB50/18-7.5 型注浆泵注浆，注浆压力控制在 33.5 MPa 时注浆钻孔浆液扩散半径可达到 3 m 以上，确保巷道注浆量在 0.8 t/m以上。注浆前对注浆孔采用水泥速凝剂进行封孔，确保封孔深度在 0.8 m 以上。注浆采用由下而上方式，具体现场采用的注浆工艺流程见图 4。3注浆加固效果分析在 30503 轨道巷注浆加固完成后，布置窥视钻孔分析掌握注浆浆液扩散及胶结情况，具体钻孔窥视成果见图 5。从窥视结果可以看出，窥视钻孔孔壁完整，注浆后煤柱较为完整，可较好地支撑顶板并确保轨道巷巷帮稳定。对轨道巷注浆加固段及未注浆段围岩变形情况进行跟踪监测，具体见图 6，其中 16 号测点均位于注浆加固段，79 号测点位于未注浆加固段，从图中看出：1）注浆加固段轨道巷围岩变形量明显低于未注浆段，表明注浆加固后煤柱强度及稳定性得到明显提升，有助于维护轨道巷断面及围岩稳定。2）注浆段顶底板最大变形速度为 0.12 mm/d，而未注浆段顶底板最大、最小变形速度分别为 0.42 mm/d、0.20 mm/d，注浆后由于煤柱承载能力得以提升，从而可有效降低顶底板变形量。3）注浆段、未注浆巷帮最大变形速度分别为0.09 mm/d、0.18 mm/d；注浆段 2 号测点顶底板变形速率出现负值主要是因测点松动、失效导致的。轨道巷注浆加固段顶底板、巷帮最大收敛量分别为 59 mm、123 mm。4）未注浆段由于煤柱在侧向应力、顶板压力等因素作用下出现大变形情况，因此围岩变形量整体较大，其中顶底板、巷帮最大变形量分别为 172 mm、315 mm。综上所述，对轨道巷小煤柱进行注浆加固后，可有效维持轨道巷围岩稳定，为后续使用创造良好条件。4结语30503 回采工作面采用 10 m 煤柱护巷，同时为维护巷道围岩稳定，采面轨道巷设计为斜梯形断面，受采面布置影响巷道煤柱帮一侧巷高较高。轨道巷煤柱侧在邻近采空区侧向应力、采面采动压力以及地应力等综合影响下出现变形量较大问题，影响巷道正常2-1平面图图 3注浆管结构图图 4注浆工艺流程图 5注浆段钻孔窥视结果5-1孔深 3 m5-2孔深 4.5 m6-2围岩变形量图 6围岩变形跟踪监测结果6-1测点收缩率6.0 m6.0 m6.0 m3.0 m3.0 m3.0 m3.0 m3.0 m3.0 m上排注浆钻孔下排注浆钻孔6.0 m6.0 m巷道30下排注浆钻孔孔深 4.5 m上排注浆钻孔，孔深 4.5 m，30仰角3.6 m1.5 m0.3 m椎16 mm 快速接头椎8 mm 出浆孔孔口混合器输浆管注浆点泄压阀注浆管储料桶搅拌机外加剂水泥水注浆泵高压风管0.50.40.30.20.10.0-0.1-0.2-0.3顶底板巷帮测点123456789100806040200底板右帮监测时间/d20406080100 120 140 160 180顶板左帮230窑窑2023 年第 9 期化了工作面通风系统，减小了工作面端头负压差，在减少采空区漏风量的同时减少了瓦斯由采空区向工作面的涌出量，解决了上隅角瓦斯积聚以及瓦斯浓度高等技术难题。3）采取联合瓦斯抽采技术后，增加了工作面瓦斯抽采量以及瓦斯利用量，创造了良好的经济效益，实现了高瓦斯工作面的安全、高效生产。参考文献1李佳佳.采空区横川埋管抽采关键影响因素研究J.能源与节能，2023（1）：10-12.2王超远.大采高工作面采空区瓦斯抽采技术应用J.山东煤炭科技，2022（11）：97-100.3樊中恩.采空区瓦斯大直径钻孔抽采技术在马兰矿的应用研究J.陕西煤炭，2022（3）：96-101.4郑则宁.采空区密闭墙插管瓦斯抽采技术应用实践J.江西煤炭科技，2022（3）：167-171.5刘婕.综采工作面采空区瓦斯综合治理技术应用J.山西冶金，2022（2）：304-306.6戚子特.抽采条件下 U 型工作面采空区漏风与瓦斯分布规律研究J.煤炭与化工，2022（4）：102-104.（编辑：武倩倩）Application of Gas Control Technology in Goaf of Fully Mechanized Mining FaceHao Xingwei（Taiyuan Coal Gasification Longquan Energy Development Co.,Ltd.,Taiyuan Shanxi 030300,China）Abstract:The gas exceeding limit phenomenon in the upper corner of the 4202 working face of Longquan Mine seriously restricts the safeand efficient mining of the working face.In response to this issue,through technical research,gas extraction is carried out by burying pipesin the goaf,and high-level drilling is arranged in the overlying crack area for gas pre extraction.The actual application results show that thegas concentration in the goaf is reduced by burying pipes in the goaf,and the occurrence of gas in the roof crack area is reduced by drillinghigh level cracks.In the later mining process,the volume fraction of gas in the upper corner is controlled below 0.5%,achieving significantapplication results.Key words:fully mechanized mining face;gas extraction;buried pipes in goaf;crack drilling;application analysis（上接第 207 页）使用。为此提出通过小煤柱注浆方式提高煤柱承载能力及稳定性，为轨道巷正常使用创造良好条件。在轨道巷布置 2 排注浆钻孔，孔深统一为 5.5 m、间距为 6 m，上排钻孔仰角 30、下排钻孔垂直煤柱布置，注浆压力控制在 33.5 MPa，注浆浆液选用水泥单液浆。现场应用后通过钻孔窥视、围岩变形情况分析小煤柱注浆效果，其中钻孔窥视发现煤柱裂隙不发育、浆液扩散效果较好；围岩变形量增加速度较未注浆段明显降低，煤柱注浆加固后顶底板、巷帮最大变形量分别为 59 mm、123 mm，而未注浆段顶底板、巷帮最大变形量分别为 172 mm、315 mm，表明煤柱注浆加固取得较好效果。参考文献1张浩春.注浆加固技术在小煤柱沿空掘巷中的应用J.煤炭与化工，2022，45（12）：19-21.2李鹏俊.沿空掘巷护巷煤柱注浆加固技术研究J.煤，2022，31（12）：72-75.3寇海萍.区段小煤柱开采注浆加固技术研究J.能源与节能，2021（4）：129-130.4刘学.某矿沿空掘巷护巷煤柱注浆加固技术实践J.现代矿业，2020，36（2）：195-196.5李勇.受采动影响护巷窄煤柱注浆加固技术研究J.煤矿现代化，2019（4）：69-71.6赵伟.窄煤柱大跨度巷道挂绳注浆加固技术应用J.山东煤炭科技，2018（9）：22-23.7陈泉建.大埋深三软煤层沿空掘巷小煤柱中空注浆锚索裸注加固技术J.中国煤炭，2017，43（6）：57-61.（编辑：杨光辉）Research on Grouting Reinforcement Technology for Small Coal Pillars in Mining FaceHan Fengyong（Shanxi Coking Coal Huozhou Coal Electricity Group Hongya Coal Industry Co.,Ltd.,Hongtong Shanxi041600,China）Abstract:The 30503 track roadway of Hongya Coal Industry adopts a 10 meter coal pillar protection roadway.The height of the coal pillarin the roadway is relatively large,and the coal pillar undergoes crack expansion and reduced bearing capacity under multiple factors such aslateral stress and mining pressure in the goaf.To ensure the stability of the surrounding rock of the 30503 track roadway and reduce thedeformation of the coal pillar,it is proposed to use grouting to reinforce the coal pillar,and the grouting reinforcement parameters aredesigned.After on-site application,the deformation rate and amount of surrounding rock in the grouting reinforcement section of the 30503track tunnel were significantly reduced compared to the non grouting section,achieving good results in the grouting reinforcement of coalpillars.Key words:coal mining;small coal pillar;grouting reinforcement;surrounding rock deformation韩锋勇：回采工作面小煤柱注浆加固技术研究231窑窑