整合矿井老空区下顺槽施工技术

    苏永

    

    

    

    摘要：本文介绍了韩咀煤矿在3104主运顺槽施工中遇到2号煤老空区时，实施超前探放水、超前化学注浆固结破碎带和壁后充填空隙相结合、超前管棚临时支护等方式，顺利通过442.5m老空区，取得良好的效果，为在老空区下或老空区内巷道施工提供参考。

    Abstract： This paper introduces that in the construction of 3104 main transport gateway of Hanzui Coal Mine encountered No.2 coal goaf， through the implementation of advanced water exploration and drainage， chemical grouting consolidation of broken zone and filling the gap behind the wall， advanced pipe shed temporary support and other ways， it successfully passed through the 442.5m old goaf， and achieved good results， which provided reference for roadway construction under or within the old goaf.

    关键词：整合矿井;采空区;巷道施工;注浆加固

    Key words： integrated mine;goaf;roadway construction;grouting reinforcement

    中图分类号：TD263 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文献标识码：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章编号：1006-4311（2020）24-0116-03

    1 ?工程概况

    山西华晋韩咀煤业有限公司位于山西省乡宁县西南部，由乡宁谭韩煤业、峰鑫煤业、菩萨滩煤业、乡宁宇田煤业（已关闭）四个煤矿进行整合而成，整合后面积为26.5467km2。矿井设计生产能力300万吨/年，批采煤层2-10号。开拓方式采用混合开拓，主、副井为斜井，回风井为立井。

    根据小窑调查资料分析和井下揭露煤层情况，工作面大部分煤层遭到小窑破坏，破坏层位为煤层上分层，破坏高度一般为2.0m。

    32104主运顺槽设计长度544m，沿2#煤层底板掘进，煤层厚度3.3m，采用架11#矿用工字钢对棚支护，棚距800mm;棚与棚之间采用4道2寸钢管联锁;帮部使用尼龙网，顶部网片采用？准6mm钢筋网，如遇顶板破碎，避免小块煤矸掉落伤人，在钢筋网上增铺尼龙网，顶网变为双层网片，1000×200×50mm木背板，顶5帮4均匀布置，背板间距800mm。详细参数如圖1。

    32104主运顺槽0～109m段施工在实体煤层中，施工至109m位置，顶部岩石破碎，架设工字钢棚时顶板遇2号煤上分层老空、煤层离层和局部漏顶现象，经探测，巷道进入老空区下部。

    2 ?施工方案

    顺槽施工采用超前探放水，管棚+化学注浆法加固破碎围岩，综掘机两侧小导硐中间预留煤柱法掘进架棚支护成巷的施工方案。

    2.1 超前探放水

    选用TEM矿用本安型瞬变电磁仪进行探测，根据物探结果，分析前方存在的异常区域，用ZDY1200S型钻机长探进行验证，工作面每天坚持短探短掘，防止顶板和透水事故的发生。

    2.2 围岩超前加固

    采用管棚+化学注浆法施工。超前管棚兼做注浆管，注浆管选用？覫40mm无缝钢管，长度3m，前端做尖锥状，管壁交错钻注浆孔，间距30cm，注浆孔直径8mm，管棚间距500mm，外插角度5°。超前管棚加工图如图2所示。

    选用2ZBQ80/11型矿用气动双液注浆泵注浆。浆液采用A、B浆液混合注浆。A浆液为树脂，B浆液为催化剂。

    2.3 掘进、出矸

    3104主运顺槽掘进采用EBZ-220H型悬臂式掘进机，出矸采用掘进机装矸转载至胶带输送机运输。断面内预留中间煤柱两帮超前掘进，再掘顶部岩体，最后掘中间预留煤柱。

    2.4 架棚支护

    掘进机超前掘出一架棚距后，挂网、立棚腿并连锁固定，在顶部掘出后上梁，安装顶板金属网、背板并连锁固定。

    3 ?方案实施情况

    3.1 超前探放水

    3.1.1 井下物探施工

    由专业物探公司进行超前物探，采用YCS—40型瞬变电磁仪对掘进工作面进行物探。每次钻探前进行超前物探。

    物探方法：在工作面选好位置，将瞬变电磁仪开机并接发射线框，接好发射线框后发送一次脉冲磁场，通过接收线框接收信号，通过测量地下介质引起二次感应涡流磁场，测定测量前方介质电阻率大小，共测3次，每次测12组数据。分别对工作面正前方、巷道左帮和右帮进行探测。由专业技术人员对探测电阻率变化图形进行分析，查找有无异常区域。针对异常区域加密钻孔进行钻探验证。每次超前物探距离100m。

    3.1.2 井下钻探验证

    由专业探水队负责井下长、短探验证。长探孔深100m，允许掘进70m，超前距留设30m，对存在物探异常的，加密探测;短探孔深15m，允许掘进10m，超前距留设5m。

    长探布置2组钻孔，每组3个，确保在巷道的水平方向和垂直方向上都呈扇形布置，以确保钻探的方位达到全方位覆盖。

    第一组钻孔位于巷道顶板向下1.2m，间距1.5m，中间孔在巷中与巷道中心线水平面呈+8°夹角向上，两侧与巷道中心线水平面方向上+8°、竖向面外偏8°。

    第二组钻孔位于巷道底板向上1m，间距1.5m，中间孔在巷中与巷道中心线平行，两侧与巷道中心线水平面0°夹角、竖向面外偏8°。

    根据现场情况及实际需要、煤层倾角进行角度调整，增设钻孔。

    如果工作面无法布置钻场，则在工作面一侧开辟一个探水钻场，做好临时支护，钻孔布置方法同上。

    短探在工作面进行，每次布置6个钻孔，孔深15m，1#、2#钻孔巷中布置，上下间距1.1m，孔深要达到2号煤层上分层老空或巷道顶底板为准;巷中左侧布置3#、4#孔，右侧布置5#、6#孔，各孔在巷道中间高度布置，间距1.2m，水平呈扇形布置。各短探探水孔角度参数如表1所示。

    3.2 超前加固围岩

    3.2.1 超前管棚施工

    超前管棚尾部连接专用工具，采用YT-28风钻震动打入松散围岩中。遇有较硬岩石采用风钻钻眼后，人工或机械打入围岩，超前管棚断面示意图3所示。

    3.2.2 化学注浆加固和充填施工

    采用2ZBQ80/11型矿用气动双液注浆泵注浆加固和充填工作。

    注浆加固材料选用双组分合成高分子聚亚胺胶脂材料，煤岩层不含水时产品膨胀率膨胀倍数为2～4倍。浆液采用A、B浆液混合注浆。A浆液为树脂，B浆液为催化剂。加固注浆材料技术材料性质见表2。

    注浆加固时前，安装超前管棚中及时安装孔口封孔装置。尾部连接注浆管，注浆管路连接好后必须进行压浆试验，以检查和确定注浆设备及管路的有效性和可靠性。并在压浆试验中注意观察材料混合比例，保证注浆效果。

    注浆时，把两根吸料管分别插入加固材料树脂和催化剂桶中，通过注浆泵使原料经过活塞进入输料管，输送到注浆管中，通过注浆管注入煤岩层，原料渗入裂隙，进而快速反应达到加固的目的。密切观察注浆区域煤岩体变化，出现漏料、串浆现象要及时处理。

    达到停注要求后停止注浆。一般按照注浆压力、注浆量及返浆情况现场确定停注时机。

    充填注浆采用由两种成份组成的注浆材料，用于充填空洞，密闭空气和瓦斯以及加固断裂程度高的地层。容积以4∶1混合树脂和催化剂，发生快速反应生成泡沫，接着材料会快速膨胀到原体积的20倍以上。膨胀后，充填材料泡沫在几分钟内硬化。其使用的快速，高膨胀率，良好的抗压能力以及突出的抗静电性能，可以取得经济的、快速的、安全的充填效果。充填注浆工艺同加固注浆。充填注浆材料技术参数见表3。

    3.3 巷道掘进、出矸

    32104主运顺槽采用综掘机配合胶带输送机接力出煤。采取中间预留煤柱切割方法施工，掘进切割时分3步截割。第一步先切割两帮1、2路线，切割完成后架设棚腿，第二部切割顶部3-4路线，架设棚梁，最后切割中间小煤柱部分5-7路线。32104主运顺槽切割示意如图4。

    3.4 架棚支护

    ①在掘进机截割出全断面或两侧棚腿位置后;安全检查、钢筋网片连接、安设前探梁临时支护;测量主运顺槽成型规格尺寸，中线至巷道左右帮各2320mm（上宽掘进断面）、2874mm（下宽掘进断面），按照中线、煤层底板标定出两帮柱腿、柱窝部位。

    ②清挖两帮柱腿、柱窝。采用铁锹、手镐或风镐清挖棚腿及棚窝部位，清理好后先挂设帮部网片，随后安设两帮棚腿，并用二寸钢管联锁器进行联锁，工作面安设的棚腿与后方已架设好的棚腿连接成整体。

    ③架设工字钢棚梁。工字钢棚梁与棚腿搭接、安装顶联锁器时，人员站在自制焊接的马凳上进行，每次上马凳前，必须先检查其稳定情况，确认无问题后方可施工，施工时要由班长统一指挥并设专人站在安全地点负责安全监护工作，防止人员在马凳上踩空造成事故发生。

    ④采用1000×200×50mm木背板盤帮接顶，顶6帮4布置，顶部木背板间距800mm（中至中）、帮部木背板间距800mm（中至中）交错布置，保证成排成线。

    4 ?实施效果

    在32104主运顺槽使用该技术顺利通过442.5m老空区，在老空区下累计探放水量22341m3，没有发生一次非钻探出水事故，没有发生顶板露顶垮塌事故，确保巷道安全施工。

    工作面超前化学加固注浆和壁后充填注浆，在很短的时间内两种浆液混合后就能膨胀凝固，起到补强加固、充填密实作用。

    充分利用检修班期间注浆和超前短探，生产班实现了正规循环，确保了施工工期，实际工期比合同工期提前22天。

    5 ?结语

    在整合矿井老空区下巷道施工中，采取超前钻探，预注浆加固充填施工技术，有利于消除水害和顶板事故隐患，保证施工安全。

    参考文献：

    [1]毕业武，张春峰，范秀利.掘进巷道快速通过采空区围岩的控制技术[J].黑龙江科技大学学报，2017，27（06）：581-586.

    [2]张国华，范秀利.掘进巷道过采空区围岩应力演化规律数值模拟[J].黑龙江科技大学学报，2015，25（05）：463-468.

    [3]苏清政，杨榆生，潘越，韩卫青，侯玮.整合煤矿采空区内掘进巷道注浆加固技术[J].煤炭科学技术，2013，41（07）：51-53.