浅析综放工作面沿空留巷合理注浆时机_程杰.pdf

煤矿现代化2019 年第 6 期总第 153 期 0引言 煤炭在我国能源消费结构中具有举足轻重的意 义， 不过伴随着我国快速的发展， 能源消费总量 日益 增加， 这给有限的煤炭资源带来了沉重的负担， 所以 提高煤炭资源利用率、优化煤炭开采水平越来 越重 要。 沿空留巷的发展给煤炭资源的合理开发带来了新 的契机， 无煤柱沿空留巷也在我国多个矿区得到了成 功应用， 潞安集团的高河能源、 常村矿和余吾煤业也 成功实施过有煤柱沿空留巷。 山西高河能源有限公司 （以下简称 “高河能源” ） 为设计生产能力 6.0Mt/a 的特大型生产矿井，对掘衔 接要求很高。高河能源 W1319 工作面的沿空留巷即 W1319 进风顺槽 （原 W1318 进风顺槽 ） 部分区域在一 次采动影响后变形破坏严重， 煤柱帮出现大量的锚杆 锚索断裂、 退锚现象， 顶板下沉明显， 柔模充填体多出 压裂， 二次采动影响期间巷道围岩控制难度较高。因 此， 为确保 W1319 工作面安全回采， 高河能源提出对 W1319 进风顺槽进行煤帮和顶板整体注浆的补强加 固措施。在选择注浆时机时， 达到浆液在围岩中的扩 散范围与围岩变形量处于平衡时最佳[1-2]， 本文主要针 对 W1319 进风顺槽围岩特征，通过数值模拟的方法 确定合理的注浆时机， 并为高河能源类似巷道围岩控 制提供一定的参考。 图 1W1319 工作面进风顺槽示意图 1研究区概况 W1319 工作面所采煤层为 3 煤，平均煤厚 6.5m， 平均煤层倾角为 5， 煤层埋深在 450m 左右。 W1319 进风顺槽南边为处于西一盘区的 W1319 工作 面， 北边为 W1318 工作面采空区， 西侧为 5 条大巷并 与其中的 450m水平南翼辅助运输大巷相通，具体 巷道位置见图 1。W1319 进风顺槽沿底掘进，随着 W1318 工作面的推进在巷道北帮铺设柔模墙，铺设 浅析综放工作面沿空留巷合理注浆时机 程杰 （潞安集团高河能源有限公司 ， 山西 长治 047100 ） 摘要 针对高河能源 W1319 综放工作面沿空留巷 （W1319 进风顺槽 ） 在一次采动影响后巷道围岩 变形破坏严重的问题， 提出在二次回采影响前对该沿空留巷进行整体注浆加固。 本文就注浆加固时机 进行了详细研究， 综合分析了注浆加固机理和判断合理注浆时机的依据， 通过 FlAC3D 数值模拟的方 法分别模拟了在工作面前方不同距离进行注浆时的巷道围岩控制效果， 最终得出在工作面前方 50 m 左右位置处进行注浆巷道围岩变形量最小、 控制效果最佳的结论。 关键词 综放工作面 ； 沿空留巷 ； 注浆时机 ； 数值模拟 中图分类号 TD353文献标识码 A文章编号 1009-0797 （2019 ） 06-0168-03 Study on Timing of Grouting in Gob-side Entry Retaining of fully-mechanized caving face CHENG Jie （Gao He energy co., LTD of Lu an Group ， Changzhi 047100 ， China ） Abstract Aiming at the problem of serious deation of surrounding rock of W1319 gob-side entry retaining W1319 inlet roadway of fully mechanized top coal caving working face of Gaohe Energy after first mining impact, come up with whole grouting reinforcement should be carried out along the gob-side entry retaining. In this paper, the timing of grouting reinforcement is studied in detail, and the mechanism of grouting reinforcement and the basis for judging reasonable grouting time are comprehensively analyzed, and Flac3D nu- merical simulation is used to simulate the surrounding rock control effect of grouting at different distances in front of the work. Fi- nally, it is concluded that the minimum deation and the best control effect of grouting surrounding the roadway at the location of about 50 m in front of the work face. Keywords fully-mechanized caving face; gob-side entry retaining; timing of grouting; numerical simulation. 168 ChaoXing 煤矿现代化2019 年第 6 期总第 153 期 柔模墙后巷道宽度为 4000mm， 高度为 3850mm， 一次 回采后支护断面图见图 2。在一次采动影响后， W1319 进风顺槽变形主要体现在顶板下沉和煤帮移 近上， 分别达到了 450mm、 300mm 左右， 底板及柔模 墙帮变形不大， 一次回采后巷道变形特征见图 3。 图 2巷道支护断面图 图 3巷道变形破坏形式示意图 2注浆机理分析 在原岩应力条件下， 煤体内存在大量裂隙， 但这 些裂隙都比较小，对煤体的承载能力影响不大。 W1319 进风顺槽已经经过掘巷、 W1318 工作面回采 扰动，煤体内原有的小裂隙得到扩张发展成大裂隙， 甚至浅部煤体破坏严重形成了煤块或者颗粒， 这就导 致煤体原有的承载能力降低， 锚杆索锚固能力也大大 下降， 受到多次扰动影响后的巷道围岩结构如图 4 所 示。 根据巷道围岩结构特征总结注浆作用机理主要有 以下两点[3] 1 ）注浆浆液可以填充煤岩体内的裂隙，增加围 岩的凝聚力， 使得已经破碎松散的围岩重新加固成一 个整体， 提高了围岩岩石力学参数和整体结构， 从而 控制了围岩的进一步变形破坏。 2 ） 注浆能够有效增强锚杆与围岩的锚固强度。 W1319 进风顺槽掘进时支护的锚杆索锚固力会随着 围岩的破碎慢慢降低，注浆后的围岩整体性增强， 锚 杆索锚固围岩的效果又重新得到完善。根据以往经 验，注浆后锚杆索锚固力甚至会达到注浆前的 3 倍， 且其衰减速度也要慢很多。 （a） 煤岩块结构（b） 裂隙结构 图 4巷道围岩结构 3数值模拟及分析 根据前人研究得出的结论， 要依据巷道围岩特征 确定注浆时机。 注浆时机过早， 围岩内裂隙、 孔隙发育 不充分， 煤岩体吃浆量小， 在二次采动影响时注入的 少量浆液达不到有效控制围岩变形的作用； 注浆时机 过晚围岩承载能力已经严重破坏， 巷道变形量已经过 大， 此时注浆为时已晚， 所以， 针对沿空留巷需要在裂 隙发育与巷道变形之间找到一个平衡点[4-6]。 本文根据高河能源地质条件， 运用 FLAC- 3D 数 值模拟软件分别模拟 W1319 工作面回采前巷道变形 情况，以及在 W1319 工作面推进前方 20m、 50m、 80m、 120m 注浆时工作面前方 10m 位置巷道围岩变 形情况， 建立的三维模型， 见图 5。 图 5数值模拟模型图 由于 W1319 进风顺槽变形量主要体现在顶板下 沉和煤帮移近上， 所以在此以顶板和煤帮的变形量作 为判断注浆效果的依据。 根据变形量对比图 （见图 6 ） 可以看出，在 W1319 工作面前方 50m 左右时对 W1319 进风顺槽进行注浆巷道变形量最小、控制效 果最佳；在 20m 左右注浆时虽然巷道裂隙发育更加 充分、 吃浆量大， 但是由于巷道已经产生了很大变形 169 ChaoXing （上接第 167 页 ） 大小呈正比。 但日产量对瓦斯涌出量的影响与高抽巷 的抽采作用之间存在一定的时间差， 造成高抽巷抽采 纯量变化滞后于日产量变化。 图 4工作面日产量与高抽巷抽采纯量关系图 4结论 1 ）高河矿 W1309 工作面高抽巷距离回风顺槽 水平距离为 40.4m，高抽巷距离煤层顶板垂直距离 34.69- 45.21m， 高抽巷抽放瓦斯效果最好。 2 ）高抽巷抽放瓦斯纯量与混合流量、工作面日 产量呈正相关关系， 但瓦斯纯量变化滞后于工作面日 产量。 3 ）W1309 工作面采用 “Y 高抽巷” 瓦斯抽采模 式，在工作面回采阶段，工作面瓦斯浓度保持在 8.0m3/t 以下， 最小为 2.1m3/t， 瓦斯抽采效果明显， 有力 保障了工作面的安全高效回采。 参考文献 [1] 国家能源局. 采煤工作面瓦斯综合治理设计规范.NB/T 51003- - 2012[S]. 煤矿瓦斯治理国家工程研究中心， 2012 [2] 董善保. 高抽巷瓦斯抽放技术治理采煤工作面瓦斯的应 用[J]. 中国矿山工程， 2005， 34 （4） 25- 28 [3] 高宏. 赵庄矿高抽巷层位布置及瓦斯抽放效果分析[J]. 煤 炭工程， 2018， 50 （3） 8- 11. [4] 秦帅. 高瓦斯综放面走向高抽巷布置与抽采技术研究[D]. 中国矿业大学， 2014 作者简介 李欣 （1990-） ， 男， 山西省长治市人， 助理工程师， 河北工 程大学机械设计制造及其自动化专业， 主要从事瓦斯抽采方 面工作。 （收稿日期 2018- 12- 3） 煤矿现代化2019 年第 6 期总第 153 期 再进行注浆为时已晚；在 80m 以前注浆巷道裂隙发 育尚不健全， 吃浆量小， 当后期二次回采带来巨大压 力时巷道支撑能力有限， 浆液与围岩组成的新的结合 体再一次被破坏， 围岩控制效果不佳。 综合考虑， 应在 工作面前方 50m左右位置进行注浆。 图 6W1319 进风顺槽变形量对比图 4结论 根据 W1319 进风顺槽围岩破坏特征与注浆机 理， 进行 FLAC3D 数值模拟， 得出在二次回采时工作 面前方 50m左右位置围岩裂隙发育程度与变形量达 到平衡， 并在该位置进行注浆效果最佳， 本文的研究 给高河能源其他类似巷道围岩控制起到了一定的参 考作用。 参考文献 [1] 孟庆彬， 韩立军， 王琦， 等. 深部高应力软岩巷道注浆时 机优化分析 [J]. 中南大学学报（自然科学版） ， 2017， 48 （10） 765- 776. [2] 曲孔典. 沿空留巷围岩注浆数值模拟与合理注浆时机研 究[D]. 山东科技大学， 2017. [3] 秦海忠. 大采高复用巷道注浆加固研究 [J]. 煤炭技术， 2016， 35 （7） 71- 73. [4] 于宪阳. 沿空留巷滞后段煤帮采动破坏机理及注浆重构 技术[D]. 中国矿业大学， 2014. [5] 陆银龙， 王连国， 张蓓， 等. 软岩巷道锚注支护时机优化 研究[J]. 岩土力学， 2012， 33 （5） 1395- 1401. [6] 季卫斌， 张召千， 王琳.巷道最佳注浆加固时机的分析研 究[J].山西煤炭， 2006，（1） 17- 18 ， 44. 作者简介 程杰 （1979-） ， 男， 助理工程师， 主要从事综采、 采矿工程 管理方面工作。（收稿日期 2018- 10- 8） 170 ChaoXing