小窯破壞區(qū)工作面回采巷道安全控制技術(shù)研究

張鵬軍

（中煤華晉集團(tuán)韓咀煤業(yè)有限公司，山西 河津 043300）

1 工程概況

32101工作面位于韓咀煤礦一盤(pán)區(qū)北翼，開(kāi)采煤層為2號(hào)煤層。工作面地面標(biāo)高790～920 m，井下標(biāo)高570～615 m，煤層平均傾角為7.3°，平均煤層厚度為5.5 m，夾矸為炭質(zhì)泥巖，黑色，以瘦煤為主，裂隙發(fā)育，參差狀斷口，具條帶狀構(gòu)造。32101工作面采用走向長(zhǎng)壁后退式綜放采煤法，采高為3.0 m、放煤高度為2.5 m，采用全部垮落法管理頂板。32101工作面煤層頂?shù)装迕簬r物理力學(xué)特性見(jiàn)表1所示。

表1 煤巖物理力學(xué)性質(zhì)

根據(jù)物探結(jié)果，32101工作面老空是由原長(zhǎng)咀灣礦、窯咀礦開(kāi)采造成的，開(kāi)采層位為2號(hào)煤上分層，開(kāi)采高度一般為2.2 m，開(kāi)采方式為巷柱式。工作面在經(jīng)過(guò)老空區(qū)時(shí)，巷道完整性無(wú)法得到很好保證，因此，需要對(duì)不同階段下巷道控制技術(shù)進(jìn)行探討研究，以期保證32101工作面開(kāi)采的順利進(jìn)行。

2 32101工作面破壞區(qū)探測(cè)分析

為了探究32101工作面開(kāi)采區(qū)域的地質(zhì)異?，F(xiàn)象，采用無(wú)線(xiàn)電波坑道透視方式進(jìn)行探測(cè)，該原理是利用電磁波在遭遇各種構(gòu)造如斷層、陷落柱等時(shí)會(huì)產(chǎn)生反射和折射作用，造成電磁波能量損耗，使得信號(hào)接收器上出現(xiàn)明顯衰減的透射異常區(qū)。

2.1 坑透方式布置

本次32101工作面采用的井下坑透法在兩回采巷道間進(jìn)行，使用YDT88型礦用無(wú)線(xiàn)電波坑道透視儀，發(fā)射頻率選擇為0.5 MHz，發(fā)射方式采用定點(diǎn)發(fā)射，具體如圖1所示。發(fā)射點(diǎn)距50 m，接收點(diǎn)距10 m，每一發(fā)射點(diǎn)，接收機(jī)可相應(yīng)觀(guān)測(cè)11~21個(gè)點(diǎn)，接收范圍與發(fā)射點(diǎn)所形成的夾角一般小于40°。根據(jù)32101工作面實(shí)際狀況，分別在主運(yùn)巷和輔運(yùn)巷布置發(fā)射點(diǎn)10個(gè)，對(duì)應(yīng)每個(gè)發(fā)射點(diǎn)可接收11個(gè)場(chǎng)強(qiáng)值，每個(gè)發(fā)射點(diǎn)發(fā)射3.5 min，接收3.5 min，換發(fā)射點(diǎn)1.5 min。

圖1 32101工作面坑透法定點(diǎn)布置示意

2.2 探測(cè)結(jié)果及分析

將采集到的數(shù)據(jù)使用無(wú)線(xiàn)電波透視CT軟件進(jìn)行反演并做成像分析，實(shí)測(cè)場(chǎng)強(qiáng)如下頁(yè)圖2所示。結(jié)果顯示可將工作面劃分為3個(gè)異常區(qū)。第一異常區(qū)位于主運(yùn)巷0~330 m、輔運(yùn)巷5~310 m區(qū)間內(nèi)，吸收系數(shù)為0.37~0.42，推斷其為受采空區(qū)影響所致，對(duì)工作面回采有一定影響；第二異常區(qū)位于主運(yùn)巷460~490 m、輔運(yùn)巷420~460 m區(qū)間內(nèi)，性質(zhì)與第一異常區(qū)相同；第三異常區(qū)位于主運(yùn)巷150~180 m、輔運(yùn)巷220~270 m區(qū)間，在第一異常區(qū)范圍內(nèi)，預(yù)計(jì)會(huì)對(duì)工作面開(kāi)采產(chǎn)生更大影響。

圖2 32101工作面巷道場(chǎng)強(qiáng)實(shí)測(cè)曲線(xiàn)圖

3 32101工作面巷道穩(wěn)定性綜合控制措施

3.1 32101工作面巷道分區(qū)控制方式

由于32101工作面存在不同的地質(zhì)構(gòu)造異常區(qū)，在巷道頂板遭遇老空區(qū)和實(shí)體煤巷道頂板的不同狀況下，需要采取不同的支護(hù)措施，分區(qū)支護(hù)設(shè)計(jì)如下：

1）巷道遇頂板老空區(qū)狀態(tài)。此階段巷道采用工字鋼架棚支護(hù)，如圖3所示。梯形棚采用11#礦用工字鋼制作而成，頂梁L=4500 mm，棚腿L=3 380 mm，棚距為600 mm（邊對(duì)邊），兩棚之間采用Φ20 mm圓鋼拉桿連鎖加固（腿1.5 m處）；幫部錨桿每排布置3根，回采幫為Φ22 mm×2 400 mm的玻璃鋼錨桿、煤柱幫為Φ22 mm×2 400 mm的左旋無(wú)縱肋螺紋鋼錨桿，間排距1 000 mm×1 200 mm；頂部及煤柱幫采用10#菱形鐵絲網(wǎng)（網(wǎng)格為50 mm×50 mm）；回采幫采用尼龍網(wǎng)；水泥背板規(guī)格為1 000 mm×200 mm×50 mm。

圖3 工作面巷道遇老空區(qū)時(shí)支護(hù)方式（mm）

2）巷道于實(shí)體煤巷道頂板。此階段巷道采用錨網(wǎng)索支護(hù)，如圖4所示。頂部采用為Φ22 mm，L=2 800 mm的左旋無(wú)縱筋樹(shù)脂螺紋鋼錨桿，煤柱幫采用Φ22 mm，L=2 400 mm的左旋無(wú)縱筋樹(shù)脂螺紋鋼錨桿，回采幫采用Φ22 mm，L=2 400 mm的玻璃鋼錨桿，錨桿間排距為800 mm×800 mm。選用Φ17.8 mm×8 300 mm的低松弛鋼絞線(xiàn)，間排距2 000 mm×1 600 mm進(jìn)行'對(duì)二'布置。錨桿托盤(pán)選用Q235鋼板，L×B×H=150 mm×150 mm×10 mm。錨索托盤(pán)選用Q235鋼板，L×B×H=300 mm×300 mm×16 mm。頂部鋼筋網(wǎng)片規(guī)格為2 000 mm×1 000 mm，網(wǎng)格為100 mm×100 mm，網(wǎng)格搭接長(zhǎng)度為200 mm；兩幫采用阻燃塑料網(wǎng)片，網(wǎng)格搭接長(zhǎng)度為200 mm。每根錨桿錨固使用CK2335和K2360樹(shù)脂錨固劑各一支，每根錨索錨固使用兩支CK2335和兩支K2360樹(shù)脂錨固劑。

圖4 工作面巷到遇實(shí)體煤頂板時(shí)支護(hù)方式（mm）

3.2 過(guò)老空區(qū)巷道破碎段充填技術(shù)

32101工作面巷道過(guò)老空區(qū)破碎段時(shí)，探測(cè)破壞區(qū)采用高泡水泥進(jìn)行充填，該技術(shù)適合長(zhǎng)距離管路輸送，由于混合漿料凝固的時(shí)間和強(qiáng)度可控，非常適宜井下密閉空間的充填。

充填配比選擇的水灰比為1∶0.6，添加劑比為1∶30，發(fā)泡量為2∶1。充填位置在工作面巷道距開(kāi)切眼120～140 m處，在此處布置鉆孔，鉆孔排間距均按照5.0 m布置，鉆孔深度一般為1～2 m，以貫通至空區(qū)為準(zhǔn)；向探測(cè)破壞區(qū)充填選用好的水泥；動(dòng)力采用井下風(fēng)動(dòng)系統(tǒng)；充填順序?yàn)榘闯涮钔七M(jìn)方向依次進(jìn)行充填，直到將空區(qū)充滿(mǎn)（漿液倒流）為止；將注漿孔封閉，防止?jié){液溢出，待漿液凝固后進(jìn)行鉆孔觀(guān)測(cè)。充填設(shè)備原理如下頁(yè)圖5所示。

圖5 充填設(shè)備原理圖

3.3 32101工作面巷道控制效果分析

對(duì)32101工作面巷道進(jìn)行分區(qū)支護(hù)和破碎段充填后，還需要對(duì)巷道圍巖變形和頂板離層情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。巷道圍巖變形采用十字布點(diǎn)法，頂板離層采用離層儀進(jìn)行測(cè)定，監(jiān)測(cè)周期為60 d。根據(jù)監(jiān)測(cè)變化曲線(xiàn)，前20 d圍巖變形速率較大，之后的20~30 d內(nèi)圍巖變形速率變得緩慢，巷道整體呈現(xiàn)穩(wěn)定狀態(tài)。巷道整體頂板變形峰值為160 mm、兩幫變形的絕對(duì)峰值為240 mm，頂板離層呈現(xiàn)一定規(guī)律性的臺(tái)階狀變化，變化速率隨著時(shí)間越來(lái)越小，最終趨于穩(wěn)定，頂板離層量最大值為9 mm，變化趨勢(shì)與巷道圍巖表面位移規(guī)律相同且離層量保持在一定的可控范圍內(nèi)。32101工作面巷道通過(guò)整體分段支護(hù)和破碎段充填，取得了良好的應(yīng)用效果，能夠滿(mǎn)足安全生產(chǎn)需求。

4 結(jié)語(yǔ)

韓咀礦32101工作面由于受上分層老空區(qū)影響，使得工作面在巷道掘進(jìn)和開(kāi)采過(guò)程中均會(huì)存在控制效果不佳、影響安全生產(chǎn)的問(wèn)題。32101工作面地質(zhì)構(gòu)造異常區(qū)經(jīng)過(guò)探測(cè)可以劃分為三個(gè)區(qū)域，基于此確定了回采巷道分區(qū)支護(hù)和破碎段充填的控制措施，工程應(yīng)用后，巷道整體變形長(zhǎng)時(shí)間保持在可控范圍內(nèi)，未出現(xiàn)大面積頂板垮落和兩幫移近現(xiàn)象，使得32101工作面的安全生產(chǎn)得到了保證。