采区围岩力学研究及控制技术应用.pdf

总第2 1 6 期2023年第1 1 期生产与应用摘要：基于二景和谐煤矿1 5#围岩力学性质差，巷道掘进及回采施工过程中出现围岩破碎现象，严重威胁着采掘施工安全，对此通过技术研究决定对1 5#煤层围岩物理力学参数进行测定，并对1 51 0 3 工作面回采期间应力区回风顺槽围岩提出了“注浆+U2型钢棚”联合围岩控制技术，通过实际应用效果来看，取得了显著应用成效。关键词：煤矿；围岩力学性质；应力区；围岩控制；应用分析中图分类号：TD32文献标识码：A1概述350m处。钻孔从1 5#煤层开始向顶板方向垂直向上二景和谐煤矿井田位于阳泉市孟县县城西南钻取2 0 m的岩芯，向1 5#煤层底板方向垂直向下钻12km处南娄镇南上社村西一带，批准开采6#1 5#取5m的岩芯,取3 0 0 mm300mm300mm的1 5#煤层，开采方式为地下开采，生产规模为9 0 万t/a，矿煤的块样若干。区面积3.2 1 1 9 km。2.2围岩结构窥视15号煤层位于太原组下部，上距1 2#煤层2 7.6 0 1)考虑到和谐煤矿一采区已有多个工作面开采，39.13m，平均3 4.8 2 m。煤层厚度4.1 2 8.8 5m，平均且有在掘巷道，故本次围岩结构观测选择多点进行，6.08m，煤层结构简单复杂，一般含0 3 层泥岩夹力求能够代表整个采区。本次共选择3 个观测点，研。煤层顶板为K2石灰岩,有时有0.6 0 m泥岩伪顶，分别位于1 51 0 3 回风顺槽3 50 m处、7 50 m处、以及底板为泥岩、砂质泥岩。1 5#煤层为稳定全区可采煤1 150 m处。层，井田内中东部大部分已采。1 5#煤层埋藏较深，未2)ZKXG100矿用钻孔成像轨迹检测装置进行钻被氧化和剥蚀。孔观察，主要由仪器硬件和软件两部分组成,其中仪一采区主要巷道均布置在1 5#煤层中，采区胶器硬件由钻孔成像仪主机、探头、深度计数器、推杆及连带、轨道、回风巷均为矩形断面，沿1 5#煤层顶板掘接线组成；软件采用武汉天宸伟业科技有限公司研发进，锚网支护,巷道间距为3 0 m;工作面顺槽均在采区的TSC2013高清晰智能钻孔成像仪分析评价系统。大巷东侧沿倾向布置，矩形断面，锚网支护,沿1 5#煤2.3围岩观测结果分析层底板托顶煤掘进，综掘机掘进；一采区共规划有1)15103回风顺槽直接顶砂质泥岩抗压强度15101、1 51 0 2、1 51 0 3、1 51 0 4、1 51 0 5共5个工作面。20.322.9 MPa平均 2 1.2 MPa,抗拉强度0.9 5 1.0 4MPa,15103工作面为采区首采工作面，已于2 0 2 1 年8 月平均0.9 9 MPa,属软岩石。基本顶为石灰岩抗压强度回采完毕；1 51 0 1 工作面为现采工作面。58.869.6MPa,平均6 3 MPa,抗拉强度2.9 0 3.1 3 MPa，由于1 5#煤层围岩稳定性，1 51 0 3 工作面在回采平均3.0 5MPa，属较坚硬坚硬岩石，岩体稳定性过程中受集中应力影响，出现围岩破碎现象，制约着较好。工作面安全高效回采,对此二景和谐煤矿通过技术研2)通过窥视发现顶板0 1.2 8 m为泥岩,岩层呈究对1 5#煤层围岩力学性质进行分析，并对1 51 0 3 回黑色，岩层破碎，完整性差；1.2 8 1 6 m为石灰岩，岩风顺槽破碎围岩提出了联合支护技术。层呈灰白色灰黑色，分解石脉充填；其中6.3、6.5、2围岩力学性质分析研究8.1、8.3 m 处有裂隙发育,1 0.59 m处有环状裂隙，为了准确掌握1 5#煤层围岩结构及力学性质，二8.488.73m、9.2 9.47 m、1 3 1 3.1 m 处有纵向裂隙，景和谐煤矿决定在1 51 0 3 回风顺槽中施工钻孔取样其余岩层完整性好。以及施工钻孔窥视。3围岩控制技术应用2.1煤岩样取芯位置通过对1 51 0 3 回风顺槽围岩力学性质分析以及二景和谐煤矿对1 51 0 3 运输顺槽顶板围岩结构围岩结构观察发现，1 51 0 3 回风顺槽围岩稳定性差，进行了观测,采用水压致裂法对测试点的地应力进行结构复杂，在应力作用下产生剪切破坏作用，是导致了测试。取样钻孔的位置为1 5#煤1 51 0 3 回风顺槽围岩破碎重要原因,所以决定对围岩提出注浆加固以收稿日期:2 0 2 2-1 0-1 9作者简介：王亮，男，1 9 8 6 年出生，毕业于阳泉职业技术学院，大专，工程师，现从事煤矿安全生产管理相关工作。山西化工Shanxi Chemical Industry采区围岩力学研究及控制技术应用王亮1，高翔宇 2（1.山西煤炭运销集团阳泉二景和谐煤业有限公司，山西阳泉0 450 0 0；2.山西煤炭运销集团科学技术研究有限公司，山西太原0 3 0 0 0 0）Total 216No.11,2023D0I:10.16525/14-1109/tq.2023.11.052文章编号：1 0 0 4-7 0 50(2 0 2 3)1 1-0 1 3 4-0 22023年第1 1 期王?亮，等：采区围岩力学研究及控制技术应用135及安装U29型钢棚联合支护技术。3.1注浆加固技术1)15103回风顺槽注浆区布置在工作面超前20m范围内,注浆区域集中顶板及煤壁侧煤柱上,每排布置三个注浆孔（1#、2#、3#），其中顶板布置两个(1#、2#）,煤壁侧巷帮布置1 个(3#）。2)注浆钻孔布置排距为1 0 m,钻孔深度为5m,直径为45mm，1#钻孔布置巷道顶板中部 2 ,2#钻孔布置在距煤壁0.3 m处,3#钻孔布置在煤壁侧巷帮上，距顶板间距为1 m。1#、2#钻孔布置仰角为2 5,2#钻孔向回采侧布置水平角为2 0，3#钻孔布置仰角为45，水平角为3 0。3)注浆钻孔施工完后对钻孔内安装注浆管路,并采用封孔器对孔口进行封堵，注浆管路外端依次连接压力表、空阀门、混合器,并通过注浆管路与专用注浆泵连接 3 ,如图1 所示。4)注浆材料采用水玻璃与水泥砂浆混合浆液,混合比为0.4：1,为了加快注浆液凝固速度，提高凝固强度 4,对注浆液中添加速凝剂,注浆压力为5MPa。4311312111514H101、2 一注浆桶；3、6、1 1、1 5一注浆管路;3 一注浆泵；5一清水桶；7、8、1 0、1 2 控制阀门;9 混合器；1 3 压力表；1 4一接头；图1 注浆施工注浆设备连接示意图3.2架棚施工通过现场观察发现，1 51 0 3 工作面在回采过程中受超前应力应力，回风顺槽两帮煤柱支撑强度低，特别是在过断层区时两帮煤柱垮落严重，传统超前应力区采用的单体柱支护时，支护强度低且支护数量大，所以决定对超前应力区采取架棚支护，如图2 所示。1)15103回风顺槽架设的钢棚主要由U29型钢焊制而成，棚腿长度为3.5m，顶梁长度为4.2 m，棚腿与顶梁之间采用卡缆进行固定,底座采用一块长度及宽度为0.3 m，厚度为8 mm钢板焊制而成，棚腿与底座之间采用螺栓进行固定 5。2)U29型钢棚架设顺序为：底座棚腿顶梁连接杆,钢棚架设间距为1.5m,待所有钢棚架设完成后在相邻两架钢棚棚腿之间采用两组拉杆进行连接，拉杆成迈步式布置。3)U29型钢棚在安装时应注意以下事项：钢棚在安装前需对巷道底板进行平整，严禁将钢棚安装在松软、底鼓底板上；同一架钢棚在安装时棚腿必须安装平直，必要时采用锚杆将棚腿固定在巷帮上，棚腿与底座采用螺栓固定时必须拧固牢靠；钢棚顶梁安装后必须保证8 0%顶梁与顶板接触严实,若顶梁出现悬空或不接顶时必须采用背板进行填充 6 。锚索：直径为1 7.8,长度为5.3 m，间距1.6 m，排距为3.0 mW型钢带4.5002804009300000T2图2 1 51 0 3 回风顺槽钢棚支护断面示意图（单位：mm）4结语山西煤炭运销集团阳泉二景和谐煤业有限公司针对1 51 0 3 回采期间顺槽围岩出现破碎现象，对顺槽9围岩采样、实验分析，去顶1 51 0 3 顺槽围岩表层为不H稳定软岩,通过对围岩内部结构进行观察发现,围岩结构复杂，从而导致工作面回采过程中出现围岩应力显现现象，通过对围岩采取注浆以及架棚联合控制技16一注浆孔术后，弥补了原永久支护不足，控制了不稳定围岩变形现象,工作面在后期回采过程中顺槽围岩变形现象得到了有效控制,取得了显著应用成效。参考文献1 】张敏.煤矿综采工作面切顶卸压围岩控制技术探究 J.当代化工研究,2 0 2 2(1 6):1 1 0-1 1 2.2李致周.综采工作面超前应力区围岩控制技术 J.山西治金，2022(3):363-364.3石茂虎.综采工作面回撤通道围岩控制技术研究J.山西焦煤科技,2 0 2 2(2):3 0-3 2.4刘金状.综采工作面应力破碎区围岩控制技术 J.山东煤炭科技,2 0 2 0(7):2 7 2+2 7 5.5田计宏.王庄煤矿厚煤层综采工作面窄煤柱沿空掘巷围岩控制技术研究 J.山西煤炭,2 0 2 1(5)：49-54.6李茹俊.综采工作面过断层围岩控制技术研究 J.煤，2 0 2 0（1 2）：120-122.（英文摘要下转第1 59 页）1600100010001.0001000原永支护钢棚顶梁固定锚杆水泥背板15103回风顺槽一钢棚栅腿棚腿底座4.5001600螺纹钢锚杆：长度为2.5m，直径为2 2 m,间排距1.0 m2023年第1 1 期2.5防灭火效果分析依据3 0 5 0 9 孤岛工作面特征、防灭火需要，在采面初采、正常回采、暂时停采以及末采期间制定针对性的防灭火技术措施。采面回采期间采用上述防灭火措施后，对回采各阶段内回风流、回风隅角以及采空区等位置温度、气体成分等实时检测，发现各位置温度、CO浓度等均在合理范围内,未有遗煤自燃发火征兆。现场采用防灭火技术措施后，孤岛工作面遗煤自燃发火问题得以较好的解决，实现了采面煤炭安全回采。3结语30509孤岛工作面开采范围内矿压显现明显，煤柱在矿压影响下裂隙发育导致邻近采空区存在漏风问题，同时受综放开采工艺制约，采空区内遗煤量较大、自燃发火防治难度较高。依据3 0 5 0 9 孤岛工作面现场情况，通过采用砌筑沙袋墙、注胶、灌浆等措施进行防灭火,并通过强化监测提高防灭火预警能力。对30509孤岛工作面开采各阶段采用的防灭火技术措Research on Comprehensive Fire Prevention and Extinguishing Technology for Island Face in(Shanxi Coking Coal Fenxi Mining Industry Zhengwang Coal Industry Co.,Ltd.,Xiaoyi Shanxi 032300,Abstract:In order to solve the problem of natural ignition in the goaf and protecting coal pillars during the mining period of the isolatedisland working face,this article combines the production situation of the 30509 isolated island working face and the needs for fireprevention and extinguishing,and develops fire prevention and extinguishing technical measures in the stages of initial mining,normalmining,temporary cessation of mining,and cessation of mining based on reducing air leakage in the goaf,injecting glue,and grouting tostrengthen monitoring.After on-site application in the 30509 isolated island working face,the temperature and CO concentration at variouspositions such as the return air roadway,return air corner,and goaf were maintained within a reasonable range during the mining process,achieving safe and efficient coal mining.Key words:thick coal seam;island working face;grouting;fire prevention and extinguishing technology(上接第1 3 5 页）Study on Mechanics of Surrounding Rock in Mining Area and Application of Control(1.Shanxi Coal Transportation and Sales Group Yangquan Erjing Harmonious Coal Industry Co.,Ltd.,Yangquan Shanxi 045000,China;2.Shanxi Coal Transportation and Sales Group Science and TechnologyAbstract:Based on the poor mechanical properties of the surrounding rock of No.15 coal seam in Erjing Harmony Coal Mine,thephenomenon of surrounding rock fragmentation occurs during tunnel excavation and mining construction,which seriously threatens thesafety of mining construction,Through technical research,it is decided to measure the physical and mechanical parameters of thesurrounding rock of No.15 coal seam,and a grouting+Uao steel shed combined surrounding rock control technology is proposed for thereturn air channel surrounding rock of the 15103 working face during mining.Through practical application results,significant applicationresults have been achieved.Key words:coal mine;mechanical properties of surrounding rock;stress zone;surrounding rock control;application analysis邓宁宁：厚煤层综放开采孤岛工作面综合防灭火技术研究青岛：山东科技大学，2 0 2 0.3杨正伟.水帘洞矿孤岛小煤柱综放面煤自燃防治技术研究 D.西安：西安科技大学，2 0 1 9.4李建军，郝维栋.孤岛工作面自燃“三带 区域指标气体分析研究J.煤炭与化工,2 0 1 8,4 1(9):1 0 9-1 1 2.5赵喜红“孤岛 综放面“立体 综合防灭火技术的应用 J.山西焦煤科技,2 0 1 8,4 2(1):5 3-5 6.6陈庆鸿，陆长杰“孤岛”综放工作面防灭火技术研究与应用 J.山东煤炭科技,2 0 1 6(8):8 6-8 8.7王举举.宜兴矿小煤柱孤岛综采面采空区防火技术研究 D.准南：安徽理工大学，2 0 1 6.8李万仕.易自燃厚煤层“孤岛”工作面下分层综放开采防灭火技术J.能源技术与管理,2 0 1 3,3 8(1):7 1-7 3.Thick Coal Seam Fully Mechanized Caving MiningDeng NingningChina)TechnologyWang Liang,Gao Xiangyu?Research Co.,Ltd.,Taiyuan Shanxi 030000,China)159.施进行详细设计，现场应用后，采面在回采期间各位置温度、CO浓度均在合理范围内，实现较好的防灭火效果。1 刘平，任万兴，李洪杰，等.综放孤岛工作面综合防灭火实践研究J.能源技术与管理,2 0 2 1,4 6(3):7 1-7 3.2王攀峰.西部矿区某矿孤岛工作面回采方案设计与组织管理 D。参考文献