切顶卸压自动成巷支护工艺实践探析.pdf

402020 年第 5 期 收稿日期 2019-11-25 作者简介 薛杰毅（1986-），男，山西省霍州市人，2010 年 7 月毕业于大同大学煤炭工程学院采矿工程及其煤矿开采技术专 业，助理工程师，现从事煤矿生产技术工作。 切顶卸压自动成巷支护工艺实践探析 薛杰毅 （霍州煤电集团吕梁山煤电有限公司木瓜煤矿，山西 方山 033100） 摘 要 针对霍煤方山木瓜煤矿 10-102 工作面在进行切顶卸压沿空留巷工艺后复合顶板松软破碎严重，垮落岩石形成支 护结构难以对上覆煤岩体进行有效承载的现象，提出在工作面顶板破碎区域实施巷旁和巷内加强支护、注浆锚杆围岩控制 技术手段。实践表明，在 10-102 工作面联合支护区域围岩稳定，没有出现大面积垮落、片帮的现象。 关键词 切顶卸压 顺槽 支护 中图分类号 TD353 文献标识码 B doi10.3969/j.issn.1005-2801.2020.05.015 Practice of Automatic Roadway Support Technology for Cutting Roof and Releasing Pressure Xue Jie-yi Mugua Coal Mine, Lvliangshan Coal Power Co., Ltd., Huozhou Coal Power Group, Shanxi Fangshan 033100 Abstract In view of the fact that the compound roof of 10-102 working face in Fangshan Mugua Coal Mine is soft and broken seriously after the process of cutting the roof and releasing the pressure and keeping the roadway along the goaf, and it is difficult for the support structure ed by the collapsed rock to carry out the effective bearing of the overlying coal rock mass, this paper puts forward the technical means of strengthening the support beside the roadway and in the roadway and controlling the surrounding rock by grouting anchor bolts in the broken roof area of the working face. The practice shows that the surrounding rock in the combined support area of 10-102 working face is stable and there is no large area collapse and spalling phenomenon. Key words top cutting pressure relief trough support 1 工程概况 霍煤方山木瓜煤矿 10-102 工作面位于一采区准 备巷道左翼，上部为 9-104、9-106 采空区。该工作 面以北为一采区三条大巷，以南为实体煤，紧邻采 区采掘边界线，以西紧邻 10-106 采空区，以东紧 邻 10-100 掘进工作面，靠近南区三条大巷。回采区 域与上覆 9煤层间距为 0.98.5m，平均 4.7m，10- 1021 巷末端层间距较薄。矿井 10-102 工作面走向 全长 586m，煤层平均厚度 2.8m，开切眼距停采线 653m，102 综采工作面沿空留巷长度约为 180m。 根据矿压资料显示，该工作面初期来压步距在 1825m 之间，岩石碎胀系数为 1.52。 2 切顶卸压沿空留巷支护设计 2.1 巷旁加强支护 为有效维护巷道围岩稳定性，防止顶板破碎围 岩大面积垮落进入巷道内部，影响机电设备的正常 运行与工作面的推进，提出通过巷旁加强支护改善 围岩破碎情况 [1]。具体方法拟采用单体支柱 11 工 字钢 钢筋网在支架后方进行补强支护，在工作面 破碎区域，进行单体支柱配合工字钢联合支护。各 单体支柱的间距为0.6m， 采用间隔均匀布置的方式， 11工字钢固定在各单体支架之间，各工字钢的间 距为 0.6m，工字钢通过钢筋网进行固定，钢筋网规 格为 2300mm800mm。巷旁加强支护断面如图 1 所示。 图 1 巷旁加强支护断面图 412020 年第 5 期 2.2 巷内加强支护 在端头支架后面的 15m 之内，在单体支柱的顶 部架设花边粱，花边粱规格为 2.4m；15m 以外的区 域，设置单体支柱、花边粱，规格为 4.2m，布置方 式为一梁四柱。巷道破碎处进行加密支护。工作面 推进 100m 之后，花边粱以及单体支柱均可回收利 用 [2]。巷内加强支护示意如图 2 所示。 图 2 巷内加强支护示意图 2.3 注浆锚杆围岩控制技术 10-102 工作面顶板为复合型顶板，在通过预裂 爆破进行切顶卸压的过程中，顶板破碎严重，垮落 的区域较大。由于垮落岩体松软破碎，形成的充填 支护体结构整体性较差，难以形成稳定的支护结构 对上覆煤岩体进行有效承载。针对该现象，提出对 周围松软破碎的围岩进行注浆加固处理，即在巷道 围岩体中打设注浆锚杆，通过压力泵对钻孔注射填 充浆液，使浆液与围岩充分接触、扩散，充满围岩 的裂隙。在注浆液体凝固后，将巷道松软破碎的围 岩凝结成一个结构性完整的承载体，与巷旁支护体 共同形成支护结构，有效控制围岩体的变形情况， 保证围岩的稳定性 [3]。 设计每个断面打设三排注浆锚杆，底排锚 杆位于巷道底板上方 0.3m 处，各锚杆间排距为 0.8m0.8m，保证注浆孔与巷道两帮垂直。注浆锚 杆布置示意图如图 3 所示。 图 3 注浆锚杆布置示意图 注浆选用的材料为双液水泥浆，主要成分为水 泥、水与水玻璃。在注浆过程中，需控制注浆压力 在 5MPa 以上，持续观测注浆压力计示数变化，待 各钻孔注浆压力稳定在 910MPa 之间时，注浆完成 [4-5]。 为了检测注浆水泥量对锚杆扭矩值的影响作 用，在 102 工作面运输巷道进行了水泥用量测验。 在试验区段，分别用 100kg、200kg、250kg 的水泥 进行钻孔注浆，在注浆完成后的一段时间，通过扭 矩扳手进行抗扭矩分析。三种不同水泥使用量与锚 杆抗扭矩的关系如图 4 所示。 图 4 三种水泥用量与锚杆抗扭矩关系 通过图 4 可以看出，在注浆完成的第 1d 前 后，水泥用量为 100kg、200kg、250kg 的锚杆抗 扭矩值分别为 174Nm、245Nm 和 260Nm；在注 浆完成的第 2d 前后，水泥用量为 100kg、200kg、 250kg 的锚杆抗扭矩值分别为 360Nm、400Nm 和 415Nm；在注浆完成的第 3d 前后，水泥用量 为 100kg、200kg、250kg 的锚杆抗扭矩值分别为 438Nm、500Nm 和 500Nm；在注浆完成的第 4d 前后，水泥用量为 100kg、200kg、250kg 的锚杆抗 扭矩值趋于稳定。三种不同水泥用量的抗扭矩值都 达到了 500Nm。 通过对数据分析可知，当水泥用量为 250kg 时， 注浆锚杆在初期的抗扭矩值变化率较大，在相同的 注浆周期内，抗扭矩值高于其他两种方案。在注浆 时间达到 4d 以后，三种方案的锚杆抗扭矩值达到 一致。针对围岩破碎严重，亟待维护的区域，采用 水泥用量为 250kg 的注浆方案能够更有效地控制围 岩变形发展，维护巷道围岩的稳定性。 2.4 采空区挡矸支护 422020 年第 5 期 璃钢锚杆长度为 2.0m，直径为 18mm，聚氨酯塑料 网每卷长度为 4.0m，宽度为 2.0m。 （2）巷帮共计施工三排护帮，第一排距顶板 间距为 0.5m，护帮间距为 1.3m，排距为 1.0m，三 排锚杆成“五花”交错式布置。所有锚杆外露端安 装一块长度为 0.4m、宽度为 0.2m 玻璃钢方垫。 4 应用效果 8507 切巷于 2019 年 2 月 11 日施工到位，2019 年 4 月 27 日开始对工作面安装设备，5 月 22 日工 作面设备全部安装到位。通过 2 个月切巷围岩变形 情况观察发现，巷道顶板采取水力造穴卸压后，有 效降低了集中应力对顶板承载梁破坏作用，减少了 顶板裂隙发育带。对切巷围岩采取联合控制措施后， （上接第 39 页） 通过预裂爆破进行切顶卸压后，在切缝附近往 往会出现顶板破碎甚至伴随局部大面积垮落的现 象。随着工作面的推进，邻近采空区附近的围岩垮 落，对工作面的支护与推进造成严重影响 [6]。针对 这种现象，提出在工作面回采结束前，对切缝超前 工作面的 25m 位置处进行单体加强支护的技术手 段。即在切缝侧巷旁采用 11工钢配合单体支柱进 行围岩稳定性控制，各单体支架与 11工字钢的相 邻间距均 0.6m。在顶板破碎严重，支护困难的区 域，需利用钢筋网进行支护加固，钢筋网的规格为 2300mm800mm。 3 效果 在 10-102 工作面进行了顶板离层监测、支柱 下缩量记录与巷道侧向应力的监测。监测结果表 明，巷道离层现象在与开切眼超过 95m 时逐渐趋 于稳定。其中，顶板离层的最大值为 55.3mm，顶 板离层的平均值为 26.4mm，顶板离层程度属于中 等水平；加强支护的单体支柱的活柱最大下缩量为 198mm，支柱承载压力在正常范围内；巷道侧向压 力在远离工作面推进方向 28m 处逐渐趋于稳定，侧 向压力平均值为 2.3MPa，支护区域围岩稳定，没有 出现大面积垮落、片帮的现象，围岩稳定性得到了 有效控制。 4 结语 以 10-102 工作面为研究对象，针对切顶卸压巷 道复合顶板破碎严重、维护困难的难题，设计并实 施了巷道加强支护技术。通过对支护区域进行的顶 板离层监测、支柱下缩量记录与巷道侧向应力监测， 表明该工艺能够有效控制围岩变形情况，保证围岩 体结构的稳定性，消除工作面潜在的矿压威胁，实 现矿井回采工作面的快速推进与安全回采。 【参考文献】 ［1］ 吴松，陈鹏 . 切顶卸压沿空留巷巷旁挡矸支护技 术研究与应用 [J]. 能源与环保，2019，41（03） 161-165. ［2］ 王琳，冯洪涛 . 综采工作面切顶卸压沿空留巷端 头及超前支护技术优化 [J]. 能源与环保，2019， 41（06）120-123. ［3］ 张洋，梁宁宁，赵宾 . 深部煤层综采工作面切顶 卸压沿空成巷技术[J].煤矿安全， 2017， 48 （09） 92-95. ［4］ 刘文娟 . 注浆锚杆对围岩加固作用机理及应用案 例 [J]. 科学技术与工程，2017，17（20）270- 276. ［5］ 林登阁，韩立军，易恭猷 . 注浆锚杆支护设计与 应用 [J]. 建井技术，1996（04）45-48. ［6］ 何满潮，陈上元，郭志飚，等 . 切顶卸压沿空留 巷围岩结构控制及其工程应用 [J]. 中国矿业大学 学报，2017，46（05）959-969. 防止了顶板破碎、冒落现象。在切巷施工后 10d 内， 受顶板蠕动变形影响，切巷顶板局部出现下沉现象， 最大下沉量为 0.27m，但是未破坏顶板整体连续稳 定性，保证了巷道成型效果和工作面安装需求。 【参考书目】 ［1］ 吴雁 . 大断面切巷施工与支护技术 [J]. 石化技术， 2019（10）4365. ［2］ 王宏昌 . 大断面切巷破碎顶板联合维护措施研究 [J]. 山东煤炭科技，2019（10）57-58. ［3］ 李从盼 . 矿井巷道大断面切眼施工与支护技术研 究 [J]. 现代矿业，2019（07）281-282. ［4］ 张刚 . 双马煤矿大断面切眼巷道锚杆支护设计研 究 [J]. 中国煤炭，2019（08）100-105. ［5］ 黄春光 . 高应力复合顶大断面煤巷支护参数优化 研究 [J]. 能源与环保，2016（06）130-135.