突出煤层托顶煤石门揭煤支护技术_张涛.pdf

1概况羊东矿井田位于太行山支脉鼓山的东麓，为峰峰集团有限公司所属煤田的中东部，原羊渠河矿井的深部，其行政区划隶属于河北省邯郸市峰峰矿区，2005 年鉴定为煤与瓦斯突出矿井，2 号煤层为突出煤层，该煤层具有瓦斯含量大、压力高的特点1。当石门开口层位位于 2 号煤层底板下部时，石门揭煤要从巷道顶板穿过 6 m左右厚度煤层至煤层底板2，该过程属于留煤假顶掘进，掘进过程中由于煤体松软易碎，若顶板支护不到位容易出现顶板漏垮型冒顶、片帮、瓦斯超限事故。邯邢地区的矿井突出煤层石门揭煤巷道多采用 U 钢支护，或采取缩小锚索间排距等手段加强巷道的支护强度。但 U 钢支护为被动支护，劳动强度大，效率低，搬运物料风险大；缩小锚杆、锚索支护间排距不能完全杜绝由于煤体松软导致的漏垮型冒顶。针对以上存在的问题，提出通过超前煤体注化学浆加固，巷道迎头打设超前锚杆，依据煤层赋存位置及形态灵活选用长 511 m 锚索支护，将锚突出煤层托顶煤石门揭煤支护技术张 涛，刘红旗（冀中能源峰峰集团有限公司 羊东矿，河北 邯郸 056201）摘要：突出煤层石门揭煤过程中，由于顶煤煤体松软、瓦斯含量大、压力高且容易受地质构造等影响，易出现漏垮型冒顶、片帮、瓦斯超限、煤与瓦斯突出、瓦斯窒息伤人等事故。羊东矿 8206 运料石门揭煤期间采用煤体注化学浆加固、迎头打设超前锚杆，可有效改善煤体结构，提高煤体完整性和承载能力。留煤假顶巷道掘进期间，通过打钻掌握煤层赋存位置及形态，灵活选用长 511 m 锚索支护，为锚索提供可靠着力基础。结果表明，该措施保证了石门揭煤期间顶板支护强度和刚度，实现了 8206 运料石门快速安全高效揭煤。关键词：石门揭煤；托顶煤掘进；煤体加固；超前锚杆支护中图分类号：TD353文献标识码：B文章编号：2095-5979（2023）05-0013-03Support technology practice of top coal cross-cutuncovering in outburst coal seamZhangTao,Liu Hongqi(Yangdong Mine，Jizhong Energy Fengfeng Group，Handan 056201,China)Abstract：In the process of rock cross-cut coal uncovering in outburst coal seam,due to the soft top coal，large gascontent，high pressure and easytobe affected bygeological structure，it is verylikely to lead to accidents such as rooffall，rib spalling，gas overrun，coal and gas outburst，gas suffocation and so on.During the coal uncovering of No.8206transport crosscut in Yangdong Mine，the coal body was reinforced by chemical slurry injection and advanced bolt wasinstalled head-on，which effectively improved the coal body structure，the integrity and bearing capacity of coal body.During the excavation of the coal retaining false roof roadway，the location and shape of the coal seam were mastered bydrilling，and the 5 11 m long anchor cable support was flexibly selected to provide a reliable basis for the anchor cable.The results showed that this measure ensured the strength and stiffness of the roof support during the cross-cut coaluncovering，and realized the rapid，safe and efficient coal uncoveringof8206 cross-cut.Key words：cross-cut coal uncovering;top coal excavation;coal reinforcement;advanced bolt support责任编辑：任伟DOI：10.19286/ki.cci.2023.05.004作者简介：张涛（1982），男，河北邢台人，工程师。引用格式：张 涛，刘红旗.突出煤层托顶煤石门揭煤支护技术J.煤炭与化工，2023，46（5）：13-15.Coal and Chemical Industry煤 炭 与 化 工Coal and Chemical Industry第 46 卷 第 5 期2023 年 5 月Vol.46 No.5May.2023采 矿 与 井 巷 工 程13煤炭与化工2023 年第 5 期第 46 卷索打设在稳固岩层中的巷道支护方案，通过矿压观测，表明该支护方案能有效杜绝拖煤掘进期间由于顶部煤体松软、破碎导致的冒顶、片帮及瓦斯超限事故。8206 运料石门掘进工作面东部以下 8212 采空区为界，西部以-240 小青大巷为界，南部以-240大巷及主斜绕道为界，北部上 8212 采空区为界，石门揭煤托顶煤段巷道层位位于粉砂岩到大煤底板之间，主要岩层为粉砂岩、中粒砂岩、粉砂泥质岩。石门揭煤自距大煤底板 5 m开始执行至摸大煤顶板结束，工程量共计 25 m。2巷道支护设计石门揭煤期间巷道采用直墙半圆拱断面，净宽净高=4.5 m3.5 m，采用锚网喷支护3。锚杆选用L2.4 m、20 mm的全螺纹高强锚杆，间排距为 700 mm，螺母扭矩不小于 200 N.m，抗拉拔力不小于 130 kN2。石门揭煤期间，每天早班打设 2 个探测 2 号煤层构造的超前探孔，直至石门揭煤工程结束，以控制煤层层位，掌握煤层赋存位置及形态，根据探煤情况，锚索选用21.8 mm、L511 m的高强度低松弛钢绞线2。锚索布置 5 趟，间距 1.4 m、排距1.4 m，预紧力不小于 250 kN。正顶 3 趟锚索配合弧形槽钢垂直掘进方向使用，弧长 3.0 m，3 孔布置，孔距 1.4 m；两帮 2 趟锚索使用直槽钢顺掘进方向使用，长 4.0 m，3 孔布置，孔间距 1.4 m。当巷道顶板距大煤底板8 m 时，使用长度 7.5 m 的锚索；当巷道顶板距大煤底板 58 m 时，使用长度 5 m 锚索；当巷道顶板距大煤底板5 m，使用长度 11 m 的锚索，当巷道顶板距大煤底板3 m时，使用 10 m锚索2，保证锚索能锚固到顶板稳定岩层中。巷道全断面铺设双层网，里层铺设塑料网，外层使用钢筋网。石门揭煤托煤掘进如图 1 所示，锚网索支护如图 2 所示。3超前支护方案超前支护采用打设超前锚杆及向煤体注射有机高分子材料固化煤体的方式加固顶板。3.1超前锚杆加固顶板超前支护锚杆采用长度L2 400 mm、20 mm高强锚杆，锚杆间距180 mm2，锚杆布置于巷道轮廓线下 100 mm位置，与巷道轮廓线成+9方向进行打设，每掘 1.6 m 打设 1 次，每循环打设不少于 23 根，并采用 2 卷 K2335 和 3 卷 Z2335 型树脂锚固剂进行全长锚固，超前锚杆打设如图 3、图 4所示。3.2顶部煤体固化加固顶板托顶煤掘进期间为控制顶部煤体松软造成巷道支护困难，采取注有机分子材料（化学浆）的方式超前加固顶板，以提高煤体强度和完整性。注浆材料为凝聚号 A 组分，凝聚号 B 组分。配比为11。设计单排注浆孔 4 个，每孔孔深 5 m，注浆管 4 号钢管，长度 4 m，封孔段长 1.5 m，孔径 28mm，孔间距 1 m。注浆孔开孔位置布置在巷道顶部轮廓线内侧 300 mm 处，顺巷道方向打设，垂直打设角度为 2745，水平打设角度分别为6、16，注浆循环内控制煤体厚度 3 500 mm，宽度 8 100 mm，单孔浆液有效扩散半径为 1.2 m，注浆量为 108 kg。煤体注浆情况如 4 所示。每班注完浆后，必须进行注水并对施工区域打设穿透性散热钻孔，注水设计孔深 5 m，注水管长44.5 m，封孔段长 1.5 m，孔径 28 mm，孔间距1 000 mm，均匀布置在注浆孔两侧各 500 mm处。注水孔顺巷道方向打设，角度与注浆孔保持一致。穿透性散热钻孔数量不少于 3 个/m2。图 1石门揭煤托煤掘进预想剖面Fig.1 Preconceived section ofcross-cut coaluncoveringand coal driving图 2巷道锚网索支护设计示意Fig.2 Support design ofroadwayanchor cable（a）俯视（b）侧视图 3超前锚杆打设Fig.3 Advanced bolt installation2 号煤8206 运料石门511 m锚索超前锚杆迎头已掘巷道超前锚杆煤体1 40099-210-220-230-240-250-260-270-280-210-220-230-240-250-260-270-28014.7 m20.9 m25.7 m31.6 m2 m5 m7 m10 m142023 年第 5 期4石门揭煤巷道矿压观测8206 石门揭煤巷道移近量观测采用“十字布点法”进行观测，如图 5 所示，每 5 m设置 1 个测点，共设置 5 个，石门揭煤自 8 月 20 日开始至 9月 12 日结束，连续观测 3 个月，巷道移近量变化最大值统计结果见表 1。通过井下现场观测，托顶煤石门揭煤巷道成型良好，未出现帮鼓、网兜及顶板开裂情况，锚杆、锚索拉拔力均符合要求，巷道顶底板及两帮最大移近量控制在 22 mm，变形量控制在设计范围内。5结论（1）采用托顶煤煤体注射化学浆加固，可改变托顶煤煤体松散结构，提高煤体粘聚力和内摩擦角，迎头巷道打设超前锚杆，巷道全断面铺设双层塑料网，杜绝了石门揭煤掘进期间由于顶煤破碎导致漏垮型冒顶、瓦斯超限事故。（2）石门揭煤期间，根据打设探眼情况，掌握煤层赋存位置及形态，灵活选取 511 m长度锚索，可将锚索稳固在稳定岩层中，为锚索提供可靠着力基础。（3）通过对巷道表面收敛观测，锚杆、锚索拉拔力测试，矿压观测结果表明巷道变形量在设计允许范围内，实现了快速、安全、高效揭煤。该石门揭煤巷道支护方案较传统 U 钢支护，具有劳动强度底、成本低、施工速度快，安全可靠等优点，已成功运用于羊东矿 8268 运煤石门、8206 运料石门揭煤工作面中，具有推广价值。参考文献：1 张西斌，郭建忠，赵东方，等.强突出煤层石门揭煤顶板固化支护技术研究 J.内蒙古煤炭经济，2021（18）：52-53.2 胡冲.渐进式掘进技术在托顶煤石门揭煤中的研究与应用J.煤炭与化工，2022，45（4）：32-34.3 孙传军，郑思达.岩巷快速掘进技术研究 J.江西煤炭科技，2010（4）：39-40，38.4 刘凤鸣.采空区下注浆堵水技术实践 J.能源节能，2015（2）：152-154.5 陈鑫源.深部高应力巷道锚杆支护优化设计研究 D.长沙：湖南科技大学，2015.6 高峰，刘涛.孔压力嵌岩桩注浆漏失问题探析以岩溶地区某工程为例J.科技资讯，2008（19）：112.7 涂磊，李德成.松软低透气性强突厚煤层快速揭煤技术研究与应用J.能源技术与管理期刊，2017（4）：44-45.8 韩老虎，曲义生，郝涛.三软煤层煤巷大跨度交叉点复合支护技术研究与应用 J.内蒙古煤炭经济，2018（11）：105，129.9 姬明琪.作业面过断层安全开采探究 J.能源与节能，2020（2）：80-81.（a）主视图（b）侧视图（c）俯视图图 4煤体注浆Fig.4 Coal bodygrouting图 5十字布点法示意Fig.5 Signature ofcross pointingmethod表 1 巷道移近量观测统计结果Table 1 Statistical results ofroadwayconvergence observation测点编号12345OA2118171311OB2214161513OC1415171611OD1517212019移近量/mmACDOB4 500巷道中心线孔 1 孔 2 孔 3 孔 4煤体迎头已掘巷道1 400浆液扩散范围圈5 0003 500迎头孔 1孔 1 孔 2 孔 3 孔 41 000 1 000 1 0004 5007 000张 涛等：突出煤层托顶煤石门揭煤支护技术15