注浆锚索替代超前支护技术及所致系列问题技术研究_张民.pdf

202312技术应用与研究91Modern Chemical Research当代化工研究注浆锚索替代超前支护技术及所致系列问题 技术研究张 民（山西焦煤霍州煤电店坪煤矿 山西 031400）摘要：为了提高9-206综采工作面回采效率，山西焦煤霍州煤电店坪煤矿在工作面正副两巷超前20m范围内，使用注浆锚索主动支护替代传统单体液压支柱被动支护，并制定施工方案进行合理对比分析，通过实际应用，该技术能够保证在顶板支护安全可靠前提下，简化了工作面超前支护工艺，提高工作面单产水平，降低职工劳动强度。关键词：综采工作面；注浆锚索；主动支护；技术研究中图分类号：TD 文献标识码：ADOI：10.20087/ki.1672-8114.2023.12.030Research on Gtrouting Anchor Cable Replacing Advanced Support Technology and Its Related ProblemsZhang Min(Dianping Coal Mine of Huozhou Coal Electric,Shanxi Coking Coal Group,Shanxi,031400)Abstract：In order to improve the mining efficiency of the 9-206 fully mechanized mining face,the Dianping Coal Mine,Huozhou Coal Electric in Shanxi Coking Coal Group,uses grouting anchor cable active support to replace traditional single hydraulic prop passive support within a range of 20 meters ahead of the main and auxiliary roadways of the working face,and develops a reasonable comparative analysis of the construction plan.Through practical application,this technology can ensure the safety and reliability of the roof support,and simplify the advanced support process of the working face,improve the production level of the working face and reduce the labor intensity of employees.Key words：fully mechanized mining face；grouting anchor cable；active support；technical study1.引言回采工作面超前支护是工作面回采过程中的重要环节和工作，超前支护质量和超前支护形式对回采工作面的安全高效回采具有重要的影响。煤矿回采工作面为了保持巷道在超前支承压力下的完整稳定，较多矿井超前使用“单体支柱+梁”的超前支护方式，无论传统的架棚支护、单体支柱+型钢支护以及一些矿井使用的超前液压支架支护，均是一种被动支护形式，支护环节较为复杂，超前支护占用两顺槽大量空间，影响两巷的通风、行人及运输。超前液压支架支护适应性受到具体条件的限制，超前液压支架设备在使用过程中易损坏，维修更换困难。锚索支护具有主动支护、支护强度大、施工工艺简单、劳动强度低等优点，对于动压巷道的加强支护更具有明显的优势；同时，对于巷道的稳定控制和主动支护来讲，围岩强度具有重要影响，而围岩注浆技术具有围岩补强和锚固增锚的特点，故将锚索+注浆复合加强支护技术应用于回采工作面的超前支护极具其发展趋势。针对超前注浆锚索加固后可能导致的隅角悬顶面积大的技术难题，可采用顶板水力压裂技术予以解决。2.回采工作面超前支承压力的形成机理（1）超前支承压力的形成。在煤层开采后，采场围岩必然出现应力重新分布，采场四周围岩改变后的垂直应力增高部分称为支承压力。对于采用倾斜长壁采煤法自由垮落法处理采空区顶板的回采工作面来讲，围岩在未开挖之前处于应力平衡状态，煤层受到上覆岩层的均匀载荷H；当工作面开挖之后，采空区上方原有载荷卸载，通过裂隙带和弯曲下沉带的“悬臂”将原有载荷向周围煤体转移，采空区四周形成支承压力带，工作面推进前方支承压力为超前支承压力。图1 采空区悬臂示意图（虚线圈为“悬臂”结构）（2）超前支承压力分布。采煤工作面超前支承压力影响范围为4060m，少数可达6080m，有的甚至达百米以上，峰值位置一般距煤壁48m，应力集中系数一般为2.53.0。202312技术应用与研究92Modern Chemical Research当代化工研究A-原始应力区；B-应力增高区；C-应力降低区；D-应力稳定区图2 超前支承压力分布图煤矿安全规程第九十七条：采煤工作面所有安全出口与巷道连接处超前压力影响范围内必须加强支护，且支护的巷道长度不得小于20m。3.具体施工方案（1）井下试验工作面概况。在工程前期调研和考察阶段，首先选择地质条件较好、矿压显现较小的回采工作面进行试验研究，店坪煤矿9-2062巷（如图3、图4），埋深223325m。根据矿方生产技术人员观测反馈以及矿压监测数据显示，9-2062巷超前段30m范围内矿压显现不明显（如表1）。图3 巷道布置示意图图4 9-2062巷顶板岩性柱状图表1 超前矿压监测情况巷道测站编号安装时间项目初始读数进入超前初始读数最终读数B2-5161巷26#2021.4.18深基点/mm333浅基点/mm222锚索受力/kN11911912725#2021.4.4深基点/mm211浅基点/mm222锚索受力/kN17017817824#2021.3.21深基点/mm000浅基点/mm000锚索受力/kN808096B2-5162巷17#2021.8.30深基点/mm555浅基点/mm555锚索受力/kN16016016016#2021.9.5深基点/mm233浅基点/mm222锚索受力/kN30303015#2021.9.20深基点/mm555浅基点/mm555锚索受力/kN130130130（2）注浆锚索加固。确保回采工作面能够快速且安全推进，本设计采用注浆锚索取代单体液压支柱进行超前支护（单体液压支柱密度大幅减小，只用于在顶板来压时能够发出信号），开始试验阶段注浆锚索支护强度以达到以往单体支柱支护强度为准（如图7）。图7 注浆锚索布置示意图（3）注浆参数。水灰比W/C=0.7，添加水泥用量8%的添加剂，设计注浆压力为4MPa（不得超过5MPa），保压时间10min。图5 煤矿用气动注浆泵202312技术应用与研究93Modern Chemical Research当代化工研究（4）注浆设备。ZBQ-25/5型煤矿用气动注浆泵，额定流量为25L/min，额定排浆压力5MPa，额定供气压力0.5MPa，额定泵速85次/min，尺寸规格570mm500mm1200mm，整机重量72kg。4.应用情况2021年在店坪煤矿9-2062巷采用注浆锚索超前支护成功开展工业试验1300mm，在工业性试验段开采过程中，工作面超前两巷处于稳定状态；取替传统的单体支柱+钢的超前支护形式。工作面超前两巷在超前动压影响下变形量较小，确保了超前两巷断面空间充分满足工作面回采的需要。图6 试验阶段现场测量图7 试验阶段超前段未发生明显变形图8 工作面超前彻底取消单体支柱注浆锚索用做超前支护试验，巷道前500m使用单体柱作为信号柱，间距4m（如图6），试验阶段副巷超前顶板平整，未出现明显变形（如图7）。后期成功阶段（约800m），注浆锚索作为超前支护彻底取代单体液压支柱，工作面回采超前段顶、帮变形量小于200mm（如图8）。5.经济效益店坪煤矿：单体柱排距由2根/m调整为4m一根（单侧），延米节省单体柱1.75根，试验巷道总长2577m，累计节省单体柱4509根，目前店坪煤矿延米单体柱检修率为65%，单体柱维修费为650元/根，节约维修费用190.53万元。通过减少单体柱施工工程量，每班减少人工3人，累计减少人工费用73万元。施工1根注浆锚索的成本为392.8元，现注浆锚索3m施工1根，平均延米费用131元，累计费用33.75万元。创造经济效益190.53+73-33.75=229.78万元。6.社会效益项目研究的宗旨是为了克服工作面回采过程中，原单体支柱+型钢支护形式支护工作难度大、劳动强度高、超前支护影响回采速度等弊端，通过工作面回采前采用中空注浆锚索提前加强支护的方式，简化了工作面回采过程中的超前支护工艺，提高了工作面单产，降低了工人的劳动强度，实现了工作面两巷畅通、超前巷道空间大、环境好的状况。7.推广应用范围在所有矿井中回采工作面超前，尤其具有动压巷道和软弱围岩联合变形特征的巷道均可推广使用，具有广泛的应用前景。【参考文献】1李立华.回采巷道注浆锚索式超前支护技术的应用研究D.中国矿业大学,2020.2谢龙,张德兵,梁顺.回采巷道注浆锚索超前支护优化及效果模拟J.采矿与岩层控制工程学报,2022,4(03):50-60.3张琰岽.综采工作面注浆锚索超前支护技术研究D.山东科技大学,2020.4魏振全.注浆锚索在厚煤层回采巷道超前支护中的应用D.中国矿业大学,2020.5王宜清,马守龙,姚强岭,等.分区域主动式超前支护技术研究及应用J.煤炭工程,2022,54(10):57-61.6孙端.回采巷道补强注浆锚索超前支护技术应用J.江西煤炭科技,2022,176(04):121-124.7张丕林.注浆锚索在综采工作面超前支护的应用研究J.当代化工研究,2019,47(11):71-72.8王俊芳.托顶煤巷道注浆锚索替代单体柱超前支护研究J.能源与节能,2022,201(06):122-124.【作者简介】张民（1973-），男，汉族，本科，采矿高级工程师，研究方向：煤矿开采。