綜放工作面陷落柱圍巖穩定性控制技術

任志峰

(大同煤礦集團 生產技術部，山西　大同　037017)

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·技術經驗·

綜放工作面陷落柱圍巖穩定性控制技術

任志峰

(大同煤礦集團 生產技術部，山西大同037017)

摘要基于唐安煤礦3405綜放工作面陷落柱圍巖穩定性問題，分別從錨固加強圍巖穩定性、超前范圍維護以及陷落柱本身穩定性控制3方面，提出相關措施，并針對注漿過程中常見的問題，提出該范圍內的注漿方案及相關參數。實踐表明：該方案的應用無論從經濟上還是安全上均取得了較好的效果，該方案為今后類似條件下陷落柱圍巖的維護積累了實踐經驗，值得推廣應用。

關鍵詞陷落柱；圍巖；穩定性；注漿；錨固；超前支護

由于煤礦井下的特殊地質條件，每個工作面都會遇到陷落柱和斷層。根據唐安煤礦3#煤層頂底板巖層分布狀況、現場觀察以及相關力學特征實驗結果分析，發現未受采動影響時，頂板巖層為節理較為發育的層狀結構，兩幫為破裂結構，底板為較完整的層狀結構；處于孤島狀態時，頂板巖層為破裂層狀結構，兩幫為破碎結構，底板為較完整的層狀結構；處于孤島并受孤島面開采強烈擾動時，頂板巖層為破碎結構，兩幫為松動結構，底板為破裂層狀結構。孤島工作面內存在陷落柱、斷層等地質構造時，圍巖嚴重破碎，該范圍內圍巖的維護對安全生產至關重要。

以唐安煤礦3405綜放面回風巷陷落柱段為例，3405綜放面為孤島面，本身巷道承載的壓力較大，加之陷落柱段圍巖比較松散，為保證在陷落柱區域安全回采，防止出現陷落柱區域的頂板事故，故采取預注水泥漿和化學漿措施。通過預注水泥漿和化學漿，加強巷道圍巖強度，使之形成一個整體，確保滿足正常生產要求。

1陷落柱段的地質、支護和位置情況

3405回風巷在距巷道開口575.8 m處揭露陷落柱，揭露長度為17 m.陷落柱段支護方式為鋼棚+錨噴支護，梯形斷面，凈上寬3.4 m、凈下寬4.5 m，凈高3 m，陷落柱前后10 m為錨網支護，同時陷落柱段無滴水、淋水。

2加固方案

2.1錨固加強方案

陷落柱段錨固加強方案為：頂板每1.8 m增加1排錨索，每排3根，在原有支護的基礎上形成排距0.9 m、每排2根、3根間隔布置的頂板錨索支護方式。錨索規格：d22 mm×7 200 mm，預緊力100～150 kN.

兩幫中腰位置每1.8 m補打1排2根d22 mm×5 500 mm錨索，錨索間距1 m，中腰對稱布置。預緊力100 kN.幫錨索可以打在錨桿鋼筋托梁上，也可以打在2排錨桿之間的位置。

全面檢查原有錨固支護狀況，若有失效的原頂、幫錨桿及錨索，則需在失效錨桿、錨索附近補打不低于原規格的新錨桿、錨索。

2.2超前段支護方案

巷中圍巖破碎區域的超前支護方案如下：

超前支護距離：120 m

超前支護方式：單體液壓支柱+Π型頂梁+底靴

單體支柱型號、參數：DW28(31、35)-350(300)/110X

頂梁結構參數：DFB.C-4000或DFC.C-4000Л型頂梁(頂梁長度可根據現場條件調整)。

底靴由鋼板焊接成槽型結構，參數為：長1 000(750)mm×寬150 mm×高50 mm×厚20 mm.受空間限制的位置可按具體條件制作。

2.3注漿加固方案

1) 加固范圍。

考慮到陷落柱附近5 m之內的煤體受陷落柱發育時的影響，煤層疏軟，需要加固一段煤壁。因此，本次加固長度為陷落柱17 m，再加上兩邊各5 m，一共27 m.

2) 加固方法。

采用高壓注漿補強方案，高壓注漿的目的是充填陷落柱巖塊與巖塊之間的裂隙，同時使巖塊與巖塊之間的軟巖、泥巖變硬，提高整體抗壓能力，形成連續的結構體。

3) 注漿材料。

目前，國內外用注漿加固的材料種類很多，但從材料的性質上主要分兩大類：顆粒型漿材和溶液型漿材。應根據注漿的地質、目的、漿材性質及造價因素選擇漿材。

典型的顆粒型硅酸鹽水泥漿材具有結石強度高、耐久性好、材料來源豐富、工藝設備簡單、成本低、注漿設備品種齊全等特點，所以，在各類工程中得到廣泛應用。但這種注漿液容易離析和沉淀，穩定性差，并且主要是其顆粒度大，使漿液難以注入巖層的細小裂縫中，擴散半徑小，凝結時間不易控制。該注漿材料使用于要求強度高、松散的破碎體加固。

化學漿液可注性好，能注入細小裂隙或孔隙中，但具有成本高，同時化學漿液易污染等缺點。

本次注漿加固的目的是加固陷落柱，要求注漿結石體具有較高的強度，抗變性能力強。

3注漿施工工藝

根據注漿材料的特點和注漿的地質條件，本次注漿先采用水泥漿加固，然后用DF-2型化學漿加固，使整個陷落柱成為一個整體。

3.1注漿孔布置方式

1) 幫及頂板加固注漿孔的布置方式。

巷道每隔2 m布置1排注漿孔，每排布置5個眼，巷道正中心1個，幫和頂板的交接處兩邊各1個，幫各1個。頂板正中心眼和頂板垂直向上，兩角眼和頂板成1.5 m，直徑28 mm，眼深5 m，另外在注漿過程中要根據漿液擴散情況適當改變角度和增加眼數。注漿鉆孔剖面布置圖見圖1.

圖1　注漿鉆孔剖面布置圖

2) 底板加固注漿孔的布置方式。

靠工作面的一幫的注漿孔距幫1 m，不靠工作面的一幫的注漿孔距幫500 mm，孔與孔之間的距離1.5 m，角度豎向垂直底板，橫向和底板成70°，深度4 m，直徑100 mm.

3.2注水泥漿

注漿要打1個注1個，或者從兩邊交替注，注漿時如果有地方跑漿，要用棉紗擋住，然后慢慢注，如果再繼續跑漿，停下來，第二天再在附近打眼重新注漿，總之注漿壓力要控制在3 MPa以上。

3.3注化學漿

頂板及幫采用化學注漿加固第二遍，布孔方式跟水泥漿一致，同是陷落柱處兩端5 m范圍內也要布孔注漿，間隔距離也是2 m，眼深、眼徑同水泥孔一樣。注漿時要打1個孔注1個孔，不能有剩余的空孔，在注漿時當表面有滲出的液體則可以加大固化劑，壓力升高即可，當壓力不升時，第二天要進行修注，直至終壓達到1 MPa，底板則不再進行化學注漿。

3.4注漿效果分析及評價

1) 采用注漿加固后，陷落柱內部及附近嚴重破碎的巖體固結為一整體結構，保證了圍巖的穩定性。

2) 3405工作面過陷落柱前期，未采用注漿方法，僅在部分區域進行了簡單的補強支護，受圍巖破碎影響，工作面日進度僅為0.6 m. 對陷落柱附近進行補強加固并注漿維護后，該工作面日進度為2～3 m，且提高了工作面生產條件的安全性。

3) 3405工作面在維護初期為節約成本，僅對破碎區域加注水泥漿，但因黏合性較小使得陷落柱附近巖體受采動影響二次破碎，影響吧正常生產。當水泥漿與化學漿混合加固后，破碎巖塊黏結為一整體，大大提高了工作面圍巖的穩定性。

4) 采用注漿法對陷落柱附近圍巖加固后，3405工作面開采結束比預計提前30天，保證了工作面的正常銜接及年產量的按時完成。

4結論

通過錨固加強維護、超前段維護以及注漿維護很好地解決了3405工作面陷落柱段圍巖松散問題，確保滿足了正常生產要求。

參考文獻

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Stability Control Technology of Collapse Column Surrounding Rock in Fully Mechanized Caving Face

REN Zhifeng

AbstractAccording to the problem of collapse column surrounding rock stability in Tang'an coal mine 3405 fully mechanized caving face, respectively puts forward the relevant measures from three aspects of anchoring to strengthen the stability of surrounding rock, advance range to maintain and collapse column stability control. And puts forward grouting schemes and related parameters in the range for the common problems in grouting process. The practice shows that the application of the scheme obtains good results from economy and security. It accumulates practical experience for maintenace of collapse column surrounding rock in future similar conditions, and it is worth popularization and application.

Key wordsCollapse column; Surrounding rock; Stability; Grouting; Anchoring; Advanced supporting

中圖分類號：TD353

文獻標識碼：B

文章編號：1672-0652(2016)01-0020-03

作者簡介：任志峰(1976—)，男，山西大同人，2007年畢業于中國礦業大學，工程師，主要從事煤礦技術管理工作(E-mail)renzhifeng1986@126.com

收稿日期：2015-11-03