赵庄矿13092复用巷道注浆加固技术研究.pdf

312023 年第 8 期刘红军：赵庄矿 13092 复用巷道注浆加固技术研究赵庄矿 13092 复用巷道注浆加固技术研究刘红军（晋城宏圣金成矿山建筑工程有限责任公司，山西 晋城 048000）摘 要 针对赵庄矿复用巷道变形量大、影响正常使用的问题，通过两次采动变形规律实测研究得到了复用巷道受采动影响的变形规律，对煤柱侧和工作面侧进行了注浆设计。现场应用表明，注浆区域变形量远小于未注浆区域，注浆加固后复用巷道变形量满足了二次回采期间使用要求。关键词 复用；巷道；注浆；加固中图分类号 TD353 文献标识码 B doi:10.3969/j.issn.1005-2801.2023.08.011Research on Grouting Reinforcement Technology for the 13092 Multiplex Roadway in Zhaozhuang MineLiu Hongjun(Jincheng Hongsheng Jincheng Mine Construction Engineering Co.,Ltd.,Shanxi Jincheng 048000)Abstract:Aiming at the problem of large deformation amount in the multiplex roadway of Zhaozhuang Mine,which affects its normal use,the deformation law of the multiplex roadway affected by mining is obtained through two actual tests and research on the mining deformation law.Grouting design is carried out on the coal pillar side and the working face side.The on-site application shows that the deformation amount in the grouting area is much smaller than that in the non grouting area,and the deformation amount of the multiplex roadway after grouting reinforcement meets the requirements for use during secondary mining period.Key words:multiplex;roadway;grouting;reinforcement收稿日期 2022-12-28作者简介 刘红军（1981），男，山西晋城人，2009 年毕业于太原理工大学安全工程专业，本科，采煤助理工程师，现就职于晋城金成矿山建筑工程有限责任公司，从事煤矿安全管理工作。刘红军：赵庄矿 13092 复用巷道注浆加固技术研究赵庄矿大采高工作面采用“两进一回”方式布置巷道，留下一条巷道为下一工作面复用。复用巷道受工作面回采后顶板垮落影响，出现严重的持续变形现象，严重影响采掘衔接且存在安全隐患。1 概况13092 巷为 1309 工作面回风顺槽1，全长约2879 m，煤层厚度为 4.85 m。直接顶为 3.7 m 厚砂质泥岩，基本顶为 0.65 m 厚细粒砂岩，直接底为 1.1 m 厚细粒砂岩，基本底为 3.5 m 厚砂质泥岩2。巷道为矩形断面，沿顶掘进，留有底煤，掘进宽度为5000 mm，高为 4500 mm，采用锚索、菱形网、钢筋托梁、锚杆联合支护。13092 巷为 1309 和 1310两个工作面服务，为了确保留巷效果，满足 1310工作面回采时的使用要求，需对 13092 巷开展注浆加固技术研究，提高围岩整体强度，控制巷道变形量。13092 巷与工作面位置关系如图 1。图 1 巷道与工作面位置关系2 复用巷道两次采动变形规律实测研究为得到复用巷道受采动影响的变形规律，为复用巷道注浆加固设计提供参考，在相邻 1308 工作面 13084 复用巷道切眼前方 300 m 位置起，向外布置巷道表面位移综合测站。观测分两个时期，一次采动为第一个工作面（1308 工作面）回采影响期间，观测范围为工作面前方100 m至工作面后方1000 m；二次采动为第二个工作面（1309 工作面）回采超前影响期间。根据经验，进入工作面前方 80 m 以内才出现明显变形，因此观测范围确定为工作面前方322023 年第 8 期0100 m。通过两个时期的观测，掌握未注浆情况下复用巷道受两次采动影响变形情况。2.1 一次采动变形规律分析一次采动影响下，两帮移近量和移近速度与工作面位置关系如图 2。（a）两帮移近量 （b）两帮移近速度图 2 一次采动两帮移近量和移近速度与工作面位置关系由图 2 可以看出，距离工作面 100-200 m 区域，巷道两帮变形较小，平均移近量 228 mm，平均占比 11.6%，平均变形速度 5.3 mm/d。距离工作面-200-700 m 区域，两帮剧烈变形，平均移近量约 1441 mm，平均占比 70.9%，平均变形速度20.1 mm/d，最大变形速度 2533 mm/d。距离工作面-700-1000 m 区域，两帮变形速度下降直到逐渐稳定，平均移近量约 293 mm，平均占比 17.5%，平均变形速度 6.8 mm/d，但变形并没有结束。通过各个区间变形量和变形速度可以得知：距离工作面-200-700 m 区域两帮变形量占比最大（70.9%），距离工作面-700-1000 m区域次之（17.5%），距离工作面 100-200 m 区域最小（11.6%）。距离工作面-200-1000 m 区域变形占比共 88.4%，是重点控制区域。顶板压力稳定之后，巷道仍有较大的变形量，说明剧烈采动影响过后，围岩结构遭到严重破坏，锚杆索支护失效，巷道重新进入低强度状态，变形速度不能归零，巷道围岩迟迟不能稳定。2.2 二次采动变形规律分析二次采动影响下，两帮移近量和移近速度与工作面位置关系如图 3。（a）两帮移近量 （b）两帮移近速度图 3 二次采动两帮移近量和移近速度与工作面位置关系由图 3 可以看出，二次回采动压影响巷道下，测点进入工作面前方 100 m 以内时，开始出现明显变形，距离工作面越近变形速度越大，尤其是进入工作面前方 40 m 以内时，变形速度超过 30 mm/d。2.3 煤柱侧变形量分析进一步统计表明，一次采动影响期间，两帮累计变形量 1962 mm，其中煤柱侧变化量 1358 mm，占比 69.2%，回采侧 604 mm，占比 30.8%；二次采动影响期间，两帮累计变形量 670 mm，其中煤柱侧变化量 453 mm，占比 67.6%，回采侧 217 mm，占比 32.4%。充分说明，两帮变形中，煤柱侧变形量极大，为注浆加固的重点控制对象。3 复用巷道注浆加固设计1）煤柱侧注浆孔布置由复用巷道变形规律分析可知，两帮变形中，煤柱侧变形量较大，为注浆加固重点区域。设计先采用 4 m、8 m 浅孔注浆，再采用 12 m 深孔注浆，钻孔矩形布置。4 m 孔布置：浅孔每排 3 个钻孔，上部钻孔、中部钻孔和下部钻孔在一条直线上。上部钻孔距离底板 3.5 m，孔深 4 m，仰角 6；中部钻孔距离底板2.5 m，孔深4 m，仰角0；下排钻孔距离底板1.5 m，孔深 4 m，仰角 0。孔径均为 42 mm，同排钻孔之间间距均为 2 m。8 m 孔布置：深孔每排 3 个钻孔，上部钻孔、中部钻孔和下部钻孔在一条直线上。上排钻孔距332023 年第 8 期刘红军：赵庄矿 13092 复用巷道注浆加固技术研究离底板 3 m，孔深 8 m，仰角 10；中排钻孔距离底板 2 m，孔深 8 m，仰角 0；下排钻孔距离底板 0.50.8 m，孔深 8 m，仰角 0。孔径均为 42 mm。同排钻孔之间间距均为 2 m。4 m 孔和 8 m 孔布置如图 4。（a）钻孔布置平面图（b）4 m 钻孔布置剖面图（c）8 m 钻孔布置剖面图图 4 煤柱侧 4 m、8 m 钻孔布置图（m）12 m 孔布置：4 m、8 m 孔注完之后，进行 12 m 深孔注浆，钻孔上、下排，矩形布置。下排孔开孔高度距离底板 2 m，仰角 0，上排孔开孔高度距离底板 3 m，仰角 5，孔深 12 m，孔径 42 mm。如图 5。（a）平面图（b）剖面图图 5 煤柱侧 12 m 深孔钻孔布置图（m）2）1310 工作面侧只进行 4 m、8 m 孔注浆加固，布置方式与煤柱侧钻孔布置方式一致。3）注浆材料4 m 孔、8 m 孔使用联邦加固号（双液）注浆材料，使用水灰比 0.8:11:1。12 m 孔采用联邦加固号（单液）注浆材料3。4）封孔、注浆设备注浆和封孔均使用 2ZBQ50/19 型气动注浆泵和QB200 型气动搅拌桶。5）注浆参数注浆时机：滞后工作面 0100 m 范围内。注浆压力：4 m 浅孔注浆压力 24 MPa，8 m 浅孔注浆压力 48 MPa。注浆过程中应注意压力不可过大，如煤帮出现异常，应减小注浆压力。注浆量：原则上注满为止，当达到注浆压力上限或者漏浆难以封堵时，停止注浆。根据经验浅孔平均单孔注浆量在0.1 t 以上，12 m 中深孔注浆量 0.25 t 以上，如果注浆量过少，应重新开孔复注。4 注浆加固效果分析通过 13092 巷一次采动和二次采动时注浆区域与未注浆区域变形量对比来分析复用巷道注浆加固效果。13092 巷注浆区域与未注浆区域总变形量对比见表 1。表 1 注浆区域与未注浆区域变形量对比表时期项目两帮变形量/mm顶底板变形量/mm断面/m2煤柱侧回采侧顶板底板一次采动注浆区域3881737930721.4未注浆区域91240552667113.0二次采动注浆区域155705521018.2未注浆区域4702153906759.7由表 1 可以看出，一次回采影响期间（一次采动），注浆区域两帮累计移近量约 561 mm，顶底板移近量约 386 mm，稳定后断面剩余 21.4 m2；未注浆区域两帮累计移近量约 1317 mm，顶底板移近量约 1197 mm，稳定后断面剩余 13 m2。二次回采影响期间（二次采动），注浆区域两帮累计移近量约 225 mm，顶底板移近量约 265 mm，巷道断面平均 18.2 m2；未注浆区域两帮累计移近量约 685 mm，顶底板移近量约 1065 mm，巷道断面平均 9.7 m2。数据对比分析可以看出注浆加固效果显著。进一步分析表明，注浆区域两个时期顶板累计下沉量134 mm，顶板平整完好，而未注浆区域达到了 916 mm，顶板破碎鼓包，下沉严重，严重影响安全使用。（下转第 36 页）362023 年第 8 期5 结论通过对复用巷道两次采动变形规律实测研究，得到了巷道受一次采动和二次采动影响的变形特征，结合复用巷道变形规律以及现场注浆施工条件，对 13092 复用巷道煤柱侧和工作面侧进行了注浆设计。现场应用表明，无论是一次回采影响期间还是二次回采期间，复用巷道注浆区域变形量均远小于未注浆区域，有效控制了复用巷道的变形破坏，变（上接第 33 页）面端头安装滑靴式恒压钢棚。1）滑靴式恒压钢棚主要由滑靴底座、液压伸缩棚腿、槽钢双顶梁以及上行液压千斤等部分组成。每架钢棚棚腿底端各穿一个滑靴，相邻两架钢棚滑靴之间安装一个双向液压千斤。2）滑靴式恒压钢棚安装间距为 1.0 m，棚腿及双向千斤液压系统安装在端头支架高压液管上。当工作面回采至第一架钢棚时降下钢棚顶梁，然后利用双向千斤推动滑靴移动即可，移动步距为 1.0 m。（a）压夜伸缩钢棚结构示意图（b）让压器结构示意图（c）让压锚索结构示意图图 1 211 工作面尾端头顺槽联合支护示意图（mm）3.4 实际应用效果分析1）卸压效果好。通过对尾端头顺槽围岩进行人工卸压，使围岩内部应力沿卸压通道释放，削弱了应力对围岩的破坏作用，保护了围岩完整性。2）提高了应力区围岩抗压强度。对端头易垮落煤柱进行超前注浆支护后，注浆液在煤柱内渗透、粘接并形成网络骨架，通过改变围岩力学结构及物理性质从而提高围岩抗载荷强度。注浆区岩体单轴抗压强度提高至 45 MPa。3）降低支护设备变形率。与传统工字钢棚相比，滑靴式恒压钢棚通过液压棚腿可适应大变形蠕动变形围岩，实现了钢棚对顶板恒压支护作用，支护强度高、实用性强，解决了传统工字钢棚、单体柱支柱时支护强度低、易变形等技术难题。端头区支护设备维修费用减少了 17.8 万元。4）控制了围岩变形现象。工作面在后期回采过程中未出现端头煤柱大面积垮落现象，端头空顶面积减小至 0.7 m2。工作面超前 30 m 范围内回风顺槽顶板最大下沉量 0.17 m，两帮收敛量 0.24 m，底鼓量 0.26 m，端头支架最大工作阻力 28 MPa。4 结语长春兴煤矿对 211 工作面回采期间端头围岩采取联合支护技术后，有效控制端头煤柱在应力作用下出现破碎、垮落现象，提高了超前应力区顺槽的完好率，解决了因应力作用导致端头煤柱垮落，造成顶板空顶面积大、围岩破碎严重、支架载荷大等技术难题，保证了工作面安全快速推进，取得了预期效果。【参考文献】1 周大伟.综采工作面超前应力集中区支护优化 J.当代化工研究，2020（19）：74-75.2 朱晓宁.回采面超前应力破坏区联合支护措施 J.山东煤炭科技，2020（04）：83-84+87+90.3 王海锐.可伸缩超前支架在无煤柱工作面中应用J.现代矿业，2020（01）：125-128.4 张丽科.综采工作面切顶卸压围岩控制技术研究J.山西能源学院学报，2022（03）：19-21.5 梁鸿.综采工作面顶板及煤壁的注浆加固效果研究 J.机械管理开发，2022（04）：215-216+226.形量满足二次回采期间复用巷道使用要求，为复用巷道注浆加固设计提供了参考。【参考文献】1 徐泽.赵庄煤业复用巷道变形规律及注浆加固技术 J.山东煤炭科技，2020，（05）：13-15.2 王伟.赵庄煤业大变形复用巷道注浆加固技术研究 J.煤矿现代化，2019（03）：51-53.3 刘子淇.赵庄煤业 13102 复用巷道注浆优化应用研究 J.山东煤炭科技，2021，39（01）：54-56+62.