綜放工作面過空巷注漿加固技術應用

董里鋒

（山西沁和能源集團南凹寺煤業有限公司，山西 晉城 048000）

在煤礦井下開采過程中，因受地質條件或其他因素等影響，可能出現工作面回采期間遭遇空巷的情況。因空巷從工作面中間穿過與工作面平交，在交叉處巷道圍巖應力集中，導致其周圍的煤巖體受壓變形大，裂隙發育程度高，煤巖體破碎嚴重，造成頂板維護困難，工作面回采過程中會現煤墻片幫、頂板冒落等情況，嚴重制約了工作面正常生產[1]。因此，如何解決工作面過空巷期間圍巖控制、防止煤墻片幫冒頂問題，對工作面安全高效回采顯得尤為重要。

1 工程概況

常村煤礦13031 工作面因受地質構造、井田邊界及礦井采掘接替等因素影響，工作面里段切巷傾斜長初始設計為150 m，在向前回采350 m 以后與上段切巷對接，形成一個切巷傾斜長為220 m 的工作面，工作面平面布置，見圖1。在工作面上下段對接后，造成13031 工作面中順槽進入13031 工作面內部位置，成為與工作面平交的“空巷”。

圖1 工作面平面布置

13031 中順槽設計斷面為寬5 m，高3.5 m 的矩形巷道，巷道沿頂掘進，采用錨網索配合鋼筋梯子梁聯合支護。錨桿采用長度為Φ22 mm×2 400 mm左旋無縱筋錨桿，間排距為800 mm×800 mm。頂部錨索采用Φ18.9 mm×7 200 mm 鋼絞線，間排距為1 600 mm×1 600 mm，幫部采用Φ18.9 mm×5 200 mm 錨索補強加固，間排距為1 600 mm×1 600 mm。在13031 工作面推進過程中，因13031中順槽處于工作面內部，受工作面采動及頂板超前支撐壓力影響，巷道出現幫頂位移量增大，巷道底鼓嚴重，在13031 中順槽與切巷交叉口附近煤墻煤體松散、煤墻片幫、頂部掉煤，煤墻支護和頂板維護困難等情況，給工作面正常生產帶來嚴重影響。

2 超前頂板支撐壓力影響規律分析

2.1 空巷礦壓觀測方案

為分析和掌握13031 工作面回采過程中采動影響及超前頂板支撐壓力對13031 中順槽空巷巷道圍巖變形的影響規律，從而采取措施控制工作面巷道圍巖變形，決定在13031 中順槽空巷內布置一個巷道圍巖變化綜合觀測站C1 測站安裝MCZ-200、MCZ-300 錨桿、錨索測力計監測錨桿（索）受力狀況，安裝WBY-10 頂板離層儀對巷道頂板離層情況進行監測，同時利用“十字”觀測法在測站處布點對巷道幫頂移近量進行觀測（見圖2）。C1 測站布置在距離工作面100 m 位置，工作面開始回采時進行觀測，每天安排專人對監測數據進行一次收集統計。

圖2 C1 測站斷面布置（單位/mm）

2.2 巷道圍巖應力分布變化規律分析

根據觀測收集整理的數據繪制出的曲線圖，見圖3、圖4。由圖3、4 中可以看出，在工作面距離C1測站60 m 位置時，巷道中錨桿（索）應力值開始出現增大現象，當回采至距離測站40 m 位置時，錨桿（索）應力值增加速度顯著加快。當工作面距離測站20 m 位置時，幫部錨桿應力值增加速度開始減緩，在工作面距離測站10 m 位置時頂部錨桿應力值變化趨勢開始減緩，此時說明幫部和頂部錨桿控制范圍內的巖體已經出現破碎現象。測站處幫部和頂部錨索應力值大小變化出現減緩分別發生在工作面距離測站位置15 m 和6 m 位置處，說明分別在此位置時錨索控制范圍的巖體出現破碎現象。

圖3 空巷錨桿應力大小變化曲線

圖4 空巷錨索應力大小變化曲線

2.3 巷道圍巖變形變化規律分析

根據利用“十字”觀測法收集的巷道圍巖移近量數據繪制出的巷道圍巖變形曲線，見圖5、圖6。由圖中可以看出，在工作面距離C1 測站60 m 處時，道圍巖開始出現變形；在工作面距離測站45 m處時，巷道幫部位移量和底板底鼓變形量開始出現明顯增大趨勢； 而在工作面距離測站30 m 處位置時，巷道頂板移近量變化速度出現明顯加快趨勢；在工作面距離測站12 m 左右位置時，巷道頂底板及兩幫圍巖變形量均出現急劇增大現象。

圖5 空巷幫部移近量變化曲線

圖6 空巷頂底板位移量變化曲線

綜上所述：工作面回采前方60 m 范圍開始，超前頂板支撐壓力開始對巷道圍巖變形產生影響，在距離工作面前方12～40 m 位置時，影響程度明顯增加，在工作面前方0～12 m 范圍內，影響程度最為強烈。

3 巷道維護加固方案

3.1 巷道注漿加固方案

為減小工作面推進過程中因采動對空巷圍巖應力的影響，對13031 中順槽空巷采取超前注漿技術進行加固。即在空巷內，利用高壓注漿泵提前將漿液注入巷道幫部破碎的圍巖中，從而提高巷幫煤巖體的穩定性及強度。

（1）注漿孔布置設計。

在13031 中順槽空巷兩幫分別距離巷道底板2 000 mm 和3 000 mm 位置各布置一排注漿鉆孔，鉆孔與巷道走向方向成90°夾角，兩孔間距1 000 mm，排距2 400 mm，孔深8 000 mm，鉆孔孔徑32 mm，注漿錨索采用Φ29 mm×8 200 mm中空注漿錨索，布置方式見圖7。

圖7 注漿孔布置

（2）注漿時機選擇。

根據空巷圍巖受力變形情況選擇合理的注漿時機，一般當巷道內煤巖體受力開始產生一定裂隙后且其圍巖自身承壓能力未出現明顯失效的情況時注漿效果比較好[2-4]。根據前期巷道應力及巷道圍巖位移變化監測和分析情況可知，選擇在13031 中順槽空巷距離工作面12～40 m 區域范圍內進行注漿加固對圍巖控制效果較好。

（3）注漿工藝。

位置標定好后開孔→掃孔并到設計深度8 m→安裝止漿塞及8.2 m 長注漿錨索→制備漿液→封孔全孔段注漿→結束注漿→清洗注漿管路，在漿液凝固時間達到48 h 以上后安裝錨索托盤、鎖具，并張拉到設計值30 MPa。根據巷道裂隙情況，注漿壓力一般控制在1.5～3 MPa，漿液擴散半徑選擇為1.5～3 m，注漿液先稀后稠，逐級變換，開灌漿水灰比選擇2:1，若巷道裂隙發育程度較高，漿液水灰比可調節為1:1。當單孔注漿壓力達到設計值10 min且持續5 min 不吸漿時，認定為該鉆孔注漿工作完成，單孔平均注漿量可達到0.6～0.8 t 左右。

（4）注漿材料選擇。

13031 中順槽空巷選用了由中國礦業大學研制的一種新型高水注漿材料，該注漿材料一般凝固時間可控制在6～8 h，在24 h 后強度可達到18 MPa，48h后強度可達到30 MPa。

3.2 空巷超前加固方案

13031 中順槽高度為3.5 m，工作面采高為2.8 m，頂煤平均厚度2 m，采放比為1:0.7。為提高空巷的支護強度，同時保證工作面支架能夠接頂有效，在工作面推進過程中，超前工作面40 m 采取背頂加固措施。即在巷道頂部背設木垛，在木垛下方打設單體柱抬棚進行加固（見圖8），單體柱打設的排距為1.2 m，抬棚一梁三柱，超前工作面0～10 m 范圍內打設4 對抬棚，10～20 m 打設3 對抬棚，20～40 m 打設2 對抬棚。

圖8 空巷超前支護

3.3 實施效果

為觀察實施注漿后達到的效果，利用鉆孔窺視儀對巷道煤體注漿前后情況進行觀察。為便于觀察，在距離注漿孔水平方向1 m 位置施工1 個窺視鉆孔，結果見圖9、圖10。

圖9 注漿前幫部煤體窺視情況

圖10 注漿后幫部煤體窺視情況

由圖9、圖10 可以看出，煤體采取錨固注漿措施后，原煤體發育的裂隙被充填固化，煤體完整性得到了提高，其強度相應得到增加，注漿起到了加固煤體的作用，效果較好。

4 結語

1）通過建立測站對空巷應力分布規律和圍巖圍巖變化情況進行分析得知，工作面回采前方60 m范圍開始，超前頂板支承壓力開始出現對巷道圍巖變形產生影響，在距離工作面前方12～40 m 位置時，影響程度明顯增加，在工作面前方0～12 m 范圍內，影響程度最為強烈。

2）根據常村煤礦13031 工作面實際情況，在工作面過13031 中順槽空巷期間，選擇超前注漿錨固的方法對空巷巷幫煤體進行加固，并對注漿加固參數和流程進行了優化設計。根據觀測結果，選擇在13031 中順槽空巷距離工作面12～40 m 區域范圍內進行注漿加固對圍巖控制效果較好。

3）采取對工作面空巷煤體進行超前錨固注漿和背頂加固的方式對巷道進行加固，通過實踐效果發現，該方法能夠有效控制空巷對工作面影響范圍的煤墻及頂板，確保了工作面安全順利回采，具有較大的推廣應用價值。