沿空掘进小煤柱注浆技术的研究与实践

沿空掘进小煤柱注浆技术的研究与实践

于 兵

淮北矿业股份有限公司运营管控部，安徽淮北 235099

摘 要：矿井下工作面回采过程中受矿压影响，造成了巷道帮部位移、顶板下层、底板鼓起等矿压显现明显，甚至出现煤柱片帮后透采空区，巷道支护难度大。通过不断研究与实践，提出了沿空小煤柱注浆技术，并应用于生产，从而形成了一套沿空掘进小煤柱注浆技术体系。

关键词：沿空；煤柱；注浆

引言:矿井在采掘活动中，在同一采区相邻区段准备时沿空掘进非常常见，沿空煤柱留设根据矿压理论及不同的地质条件都有相应的经验数值。国内相关矿压理论专家和学者对此都有针对性的研究，但在实际生产过程中动态变化快，工作面回采时超前压力多将沿空巷道支护破坏，甚至在掘进中后路的地质构造带段也出现不同程度的支护被破坏。神源煤化工3109与3105上工作面等均出现该现象。采取缩小锚杆（索）间排距、增大锚杆锚索规格、补充点柱、套棚复合支护等补强措施效果甚微。沿空小煤柱掘进支护是淮北矿业集团公司“323”短板最难攻克的难题，也是严重制约矿井安全高效回采的一个关键因素。因此，研究3410工作面沿空掘进小煤柱注浆在施工期间的支护技术、矿压显现规律及支护效果都具有重要意义。

1.工程概况

3410工作面东临3204采空区，北至DF8（∠50°H=0～15m）正断层，南到工业广场保护煤柱，西临3408采空区。3410工作面32煤层煤厚2.29m～2.86m，平均2.57m，煤层结构较复杂，夹碳质泥岩厚度0.12～0.35m，煤层较稳定。老顶为泥岩、粉细砂岩，厚度2.89～6.82m，灰-深灰色、块状、断口参差状；直接顶为泥岩、煤线，厚度1.81～8.1m，深灰色、块状、断口平坦、性腻；直接底为泥岩，厚度1.42～5.31m，灰色、块状、断口弱参差状；老底为细砂岩，厚度1.97～5.12m，灰白色、块状、致密、坚硬、矿物成份以石英、长石为主。3410工作面走向长435m，倾向长121m，可采储量16.7万t。运用综合机械化采煤工艺，于2020年8月开始，至12月收作。

2.支护工艺研究

根据3410工作面相邻已回采3408、3204工作面地质条件和采场情况，结合其他矿实践经验，摸索研究适合我公司煤层赋存条件下的一套沿空小煤柱注浆技术。为解决沿空小煤柱支护技术难题，结合极松软大倾角厚煤层沿底掘进支护技术，在支护上延续秉承“治顶先治帮”的理念，提出沿空小煤柱注浆，提高巷帮支护强度。1）支护方案。3410风巷采用“锚带网索喷注”支护，矩形断面，巷道规格：净宽×净高=4500×3000mm。顶帮锚杆均采用无纵筋左旋螺纹高性能预应力锚杆，规格为Φ22L2400mm，配合M4型钢带及金属菱形网进行支护；顶板采用Φ17.8L6300mm锚索补强支护；自巷中至沿空侧帮部采用喷浆封闭围岩，顶板喷厚≮50mm，沿空侧喷厚≮100mm，强度C20；注浆锚杆采用螺纹式注浆锚杆，规格为Φ22L2500mm，每排三根（最下一根距底板200mm，最上距顶板200mm）。2）支护要求。①断面净宽：中线至任一帮距离允许误差0～+100mm；断面净高：误差为-50～+200mm。②锚杆间排距：800×800mm。③顶板及岩石锚杆锚固力≮80KN，扭矩≮300 N·m；帮部为煤时锚杆锚固力≮60KN，扭矩≮200 N·m；每根锚杆配2卷Z2550型树脂药卷，配套M型锚盘。④锚杆施工严格执行“三径匹配”制度。锚杆眼深度必须与锚杆长度相匹配，眼深误差0～+30mm，钻孔角度符合规定要求，锚杆外露长度10mm-50mm，锚杆布置方向尽量与巷道轮廓线垂直，其夹角≮75°；顶板靠两帮的锚杆，与顶板法线夹角呈15°。⑤锚杆必须贴顶、贴帮。锚杆眼要严格按设计间排距定位。⑥锚索间排距1600×1600mm（±100mm）。每根锚索配1卷K2550型和2卷Z2550型树脂药卷，锚索托盘采用规格为300×300×10mm的平盘，锚索预紧力≮100kN，锚固力≮200kN；外露长度150-250mm。⑦每循环施工前顶板永久支护紧跟迎头；永久支护距离迎头超过300mm时，必须设临时支护；帮锚杆及锚索距迎头滞后不得超过两排，顶板破碎时锚索紧跟迎头。⑧喷浆砼料选用425#矿渣水泥，黄砂粒径为大于0.35mm中粗河砂，石子粒径为5-15mm，配比为水泥：黄砂：石子：速凝剂＝1：2：2：0.03,水灰比为0.57：1。喷浆工严格控制风量和水量，枪头距喷面控制在0.8-1.2m。巷道做到帮直拱圆，喷层表面平整密实；喷浆厚度质量要求不小于设计值的90%。喷浆滞后迎头不得大于30m。⑨注浆时水泥浆选普通硅酸盐水泥P0.42.5，水灰比为0.7:1～1:1，比重为1.5～1.645，注浆压力0.5～1Mpa，单孔注浆压力达到1Mpa时即停止注浆，压力不足0.5Mpa，但单孔注浆水泥量已达到6袋时停住注浆。注浆滞后迎头不得大于50m。⑩注浆孔编号管理，记录注浆压力、注浆量，原始记录交矿生产管理部建立台账。

3.工程注浆实践

1）施工管理。①巷道掘进中，采取超前管理措施，防止发生片帮及掉顶，帮顶松软破碎时，施工前采取打骨架、撞楔等超前管理措施。②每班认真检查沿空掘进煤壁情况，发现煤壁出现裂缝、掉落浆皮等情况必须采取复喷和注浆加固措施。③要加强巷道支护管理，当遇到构造等造成巷道变形，顶帮破碎严重时要加强巷道支护，并增大沿空侧喷浆厚度。④掘进时要保持煤体的完整性，严格控制预留煤柱尺寸，严禁超掘煤柱。⑤巷道掘进中出现空帮、空顶、冒顶时要及时接顶，并注水泥浆或注凝胶，同时对冒高处前后5m巷道进行喷浆堵漏，喷浆厚度≮100mm。2）注浆管理。①施工前及施工过程中必须检查的支护情况，在无安全隐患的情况下方可进行作业。②工艺流程：安装注浆管、高压球阀→注清水试验→造水泥浆→注浆→停机冲洗注浆管→凝固6h后方可卸除高压球阀。③注浆期间，人员要避开注浆管口正面，防止喷漏浆伤人。连接好注浆系统管路，先用水试注，确认系统连接准确可靠后，方可正常注浆。④制浆和注浆工作人员，应佩带防护用品。⑤注浆时，注浆人员要站在注浆钻杆侧面1m以外，注浆管路附近及下方不得有人，防止管路弹伤人或孔内喷浆伤人。施工过程中，在施工地点前后5m处必须悬挂警戒网，严禁闲杂人员进入。⑥每班收工前，要清洗注浆管路、设备等。⑦严格按要求进行浆液配比,必须用比重计进行浆液浓度监测。施工现场不得少于2个带有刻度标志的浆液搅拌桶，严禁在1个桶内边配边注。⑧严格落实“无监不注”原则，注浆专人跟班，注浆锚杆编排编号、建账挂牌管理。注浆台账记录浆液配比、注浆压力、注浆量、漏浆等情况，注浆台账由技术部门存档，做到注浆工作有据可查。⑨注浆效果采取现场验收方式，注浆段每10m施工2个等长、等距注水孔(注水孔深度等于注浆锚杆长度， 2个注水孔间距等于注浆锚杆间距)，其中1个孔注1袋水泥配浆需水量，注完后另1孔不出水，则视为注浆合格，否则注浆不合格。

4.支护效果

工作面回采时间，风巷共设14组矿压变形观测点，其中：14#观测点在距工作面74m时右帮开始出现98mm变形，13#观测点在距工作面9m时右帮开始出现60mm变形，9#观测点在距工作面287m时顶板出现下沉18mm、左帮出现25mm变形，其他地点矿压多呈现为底鼓，最大底鼓量均未超过300mm。支护效果良好。

结论:煤柱注浆技术加强了沿空煤柱的支护强度，能够对沿空煤柱煤岩中的裂隙进行封堵，将破碎的煤岩体胶结成整体，凝固后提高煤柱的稳固性，在实践过程中取得良好效果，减少了沿空巷道在回采时的巷道变形量，大大减少回采巷道刷帮、卧底工程量，工作面得以安全高效回采。

参考文献：

[1]郑西贵，等.掘采全过程沿空掘巷小煤柱应力分布研究[J].采矿与安全工程学报,2012,29（4）:459-465.

[2]张源，等.不稳定覆岩下沿空掘巷围岩大变形机理[J].采矿与安全工程学报,2012,29(4):2089-2098.

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