回采工作面回撤通道破碎顶板控制技术实践.pdf

2 0 2 0年第0 5期 回采工作面回撤通道破碎顶板控制技术实践 张宏龙 汾西矿业集团高阳煤矿, 山西 孝义 0 3 2 3 0 6 摘 要 当围岩破碎时, 回撤通道采取单一的锚杆或者架棚等支护方式难以确保回撤通道围岩稳定。山西某矿 6 1 0 5回撤通道围岩破碎加之受到6 1 0 5采面动压影响, 回撤通道顶板冒落、 煤壁片帮严重, 给采面设备回 撤安全带来不利影响。在回撤通道内通过采用注入G R T - 1 0 1高分子材料提升破碎煤岩体整体稳定性及 承载能力, 并对注浆加固参数、 注浆效果进行详细阐述。现场应用表明, 注浆后形成的骨架网络可以充填 煤岩体裂隙, 避免破碎顶板冒落, 取得显著顶板破碎岩层控制效果。 关键词 回撤通道; 破碎顶板; 围岩变形; 顶板冒落; 煤壁片帮 中图分类号 T D 3 5 3 D O I 1 0. 1 9 7 6 9/j . z d h y . 2 0 2 0. 0 5. 0 5 7 0 引言 山西、 陕西及内蒙古等煤炭主采区多是采用预掘双 回撤通道实现综采工作面快速搬家, 但是随着回采工作 面逐渐靠近回撤通道, 回撤通道围岩应力逐渐增加、 塑性 区范围不断扩展, 导致通道两帮及顶板位移量增加[ 1 - 3]。 当回撤通道围岩较破碎时, 在采动动压影响下围岩变形 失稳主要表现形式为[ 4 - 5] 1 回撤通道局部区域顶板冒 落, 进行适当处理后回撤通道仍可以满足后续使用需要; 2 回撤通道围岩在采动动压影响下出现脆性破坏, 顶板 冒落矸石直接掩埋支架, 造成难以修复的局面。 回撤通道围岩破碎, 单采用锚杆支护或者架棚等方 式难以取得显著围岩控制效果, 联合采用注浆加固是提 升破碎顶板回撤通道稳定性、 完整性的重要措施[ 6]。山 西某矿6 1 0 5工作面回撤通道顶板破碎, 回撤通道采取的 注浆加固破碎围岩技术措施后, 确保了采面与回撤通道 贯通, 现场应用取得显著效果。 1 工程概况 6 1 0 5工作面开采6号煤层厚7. 09. 8 m, 采用综放 开采方式, 采高3. 5 m, 采放比1∶1. 9。采面采用预掘双 回撤通道方式回撤综采设备, 在采面动压影响下, 回撤通 道极其容易发生顶板冒落、 煤壁片帮等问题, 给采面末采 以及设备搬家带来一定的安全隐患。回撤巷道设计宽 高6 0 0 0 mm4 0 0 0 mm, 为了确保6 1 0 5采面末采以 及回撤通道安全, 对6 1 0 5回撤通道在原锚网索支护基础 上, 采取化学注浆方式加固巷道顶板及巷帮煤体。 2 注浆加固设计 2. 1 注浆加护材料选取 6 1 0 5工作面回撤通道围岩破碎, 为了提升巷道稳定 性, 选用G R T - 1 0 1材料注浆。注浆材料由A、B两种化学 试剂组成, 混合凝结可以对煤、 岩体形成较强的黏结能 力, 注浆浆液在破碎的煤岩体裂隙中形成骨架网络, 使得 原本破碎的煤岩体形成一个完整整体, 从而改善煤岩体 的物理力学性质, 提高完整性及承载能力, 使回撤通道可 以抵御采面动压载荷影响。 2. 2 注浆工艺 在6 1 0 5回撤通道注浆时注浆工艺包括以下几个环 节 施工注浆钻孔、 插入注浆管、 封孔注浆等, 具体注浆工 艺见图1。选用双液注浆泵, 注浆管为镀锌带有花眼的钢 管, 封孔采用专用封孔器进行。 图1 注浆工艺示意图 2. 3 注浆技术方案 根据6 1 0 5采面回撤通道围岩岩性、 结构、 厚度、 倾角 以及力学参数等, 决定对回撤通道煤柱侧、 顶板以及回采 等进行全范围注浆。注浆时应时刻关注围岩变化情况, 同时对注浆地点采取围岩加固措施, 确保注浆工作安全 开展。 2. 3. 1 注浆钻孔布置及封孔 用锚索钻机、 锚杆钻机施工孔径为4 2 mm的注浆 孔, 封孔器深入注浆孔内2 0 0 0 mm。在回撤通道贯通帮 钻两排注浆孔, 孔深为1 0. 0 m, 最上排注浆孔与顶板的 间距为1. 0 m, 下排位于上排注浆孔下方2. 0 m位置, 注 浆孔布置呈三花眼状, 钻孔间距为4. 0 m。在回撤通道 煤柱帮侧除注浆孔深度为6. 0 m外, 其余参数与回撤通 831 自动化应用 创新与交流 收稿日期 2 0 2 0 - 0 3 - 2 6 作者简介 张宏龙 1 9 8 8 , 男, 毕业于太原理工大学采矿工程专业, 本科, 工程师。 2 0 2 0年第0 5期 道帮注浆孔一致。 在回 撤 通 道 顶 板 布 置 的 注 浆 孔 外 插4 5 , 距 巷 帮 1. 5 m, 间距为3. 0 m, 注浆孔排距为4. 0 m。具体在回撤 通道内布置的注浆钻孔剖面图见图2。 采用专用注浆封孔器封孔, 可以抵抗至少1 0 MP a注 浆压力, 封孔距离为0. 5 m, 距离孔口2 0 0 0 mm。 图2 注浆钻孔布置剖面图 图3 煤岩体芯样取样结果 2. 3. 2 注浆量、 压力及时间 注浆时若选取的注浆压力过大会恶化本已破碎的回 撤通道围岩; 若注浆压力过低不能保证G R T - 1 0 1高分子 注浆材料的有效扩散, 因此, 在6 1 0 5回撤通道注浆时注 浆压力确定为24 MP a。注浆钻孔单孔注浆量最大值 为2 0 0 k g /m, 若单个注浆钻孔注浆量过大或存在不升压 时可以选取间隔注浆方式注浆, 时间间隔在6 0 s内。若 遇到特殊情况应根据现场对注浆参数进行调整, 提升注 浆围岩控制效果。 2. 4 注浆效果 注浆浆液有效扩散半径分为横向、 纵向两方面, 有效 扩散半径发育范围与钻孔角度、 煤岩体裂隙发育情况、 注 浆压力以及注浆钻孔质量等密切相关。在6 1 0 5 4回撤通 道注浆时与注浆孔相距6. 0 m的锚杆有注浆浆液渗出, 表明 在横向方向上浆液有效扩散6. 0 m以上、 纵向有效 扩散半径2. 5 m以上。在距注浆钻孔34 m、67 m的 位置取得的芯样见图3, 从图中可以看出, 浆液充填的煤 岩裂隙饱满, 可以形成连通的完整骨架。 在6 1 0 5采 面 回 撤 通 道 注 浆 共 耗 时3 7 d, 注 入 的 G R T - 1 0 1高分子材料总计2 2 5. 3 t, 共施工2 2 0个注浆 孔。在6 1 0 5采面回采推进过程中, 虽然回撤通道围岩受 到采面开采较大的采动压力影响, 但是由于提前在回撤 巷道周边破碎煤岩体内进行注浆, 巷道围岩虽然有一定 程度的变形, 但是未发生顶板冒落、 煤壁片帮等问题, 回 撤通道断面可以满足后续设备回撤需要。现场应用表 明, 通过采用注浆方式可以有效提升回撤通道破碎煤岩 体的完整性及承载能力, 确保回撤通道使用安全。 3 总结 16 1 0 5采面回撤通道岩层破碎、 完整性差, 受到采 面采动动压影响, 巷道顶板容易出现冒落。通过在回撤 通道周边破碎煤岩层中注入化学浆液, 使得化学浆液可 以充填破碎煤岩体裂隙, 提升煤岩体整体稳定性及强度。 2 在24 MP a注浆压力下,G R T - 1 0 1高分子注浆 材料在注浆钻孔内横向、 纵向有效扩展半径可以达到 6. 0 m、2. 5 m。 3 采用注浆加固回撤通道破碎煤岩体后, 回撤通道 围岩在采动动压影响下虽然有一定程度的变形, 但是整 体变形量在允许范围内, 回撤通道顶板、 巷帮未出现顶板 冒落、 煤壁片帮等问题, 表明在6 1 0 5采面回撤通道采取 注浆加固回撤通道围岩措施取得显著效果。 参考文献 [ 1] 马良慧, 王建军.综采工作面回撤通道破碎顶板控制技术 应用[ J].中国煤炭工业,2 0 1 91 1 6 3 - 6 4. [ 2] 牟玉峰.极破碎顶板综采工作面安全高效收尾工艺研究 [ J].能源与环保,2 0 1 9,4 13 1 6 9 - 1 7 4. [ 3] 牛积战.综采工作面采场破碎顶板控制技术研究[J].河 南科技, 2 0 1 83 5 8 4 - 8 6. [ 4] 王琛.综采工作面复合破碎顶板控制技术探讨[J].现代 工业经济和信息化, 2 0 1 8,85 7 8 - 7 9. [ 5] 高健.曙光煤矿1 2 0 8工作面破碎顶板控制技术[J].现代 矿业, 2 0 1 7,3 37 2 7 4 - 2 7 6. [ 6] 张弘弦.深部松软破碎顶板巷道围岩控制技术[J].能源 技术与管理, 2 0 1 7,4 23 7 - 9. 931 创新与交流 自动化应用