高冒破碎区交岔点注浆加固支护技术与应用

郑金平

（1.太原理工大学 矿业工程学院，山西 太原 030024；2.山西三元中能煤业有限公司，山西 长治 046000）

高冒破碎区交岔点注浆加固支护技术与应用

郑金平1，2

（1.太原理工大学 矿业工程学院，山西 太原 030024；2.山西三元中能煤业有限公司，山西 长治 046000）

以山西三元中能煤业1301工作面运输顺槽交岔点为例，对巷道交岔点位置遇到大断面高冒破碎带及巷道稳定性破坏进行分析，采用了管棚和注浆联合加固高冒区的施工工艺，取得显著效果。

高冒区；管棚；注浆；加固

1 概况

三元中能煤业有限公司位于长子县五里庄村北，设计生产能力240万t/a，采用中央并列式立井开拓，主、副、风井筒深度分别为455.2m、482.8m、447.4m。根据《3号煤层勘探地质报告》：本井田未发现断裂、陷落柱、岩浆岩体；构造形态总体为走向北东、倾向北西、倾角4°的单斜构造；但波状起伏发育，并伴有宽缓褶曲。3号煤层均厚5.08m，全区稳定可采，适宜综采低位放顶煤开采。

1301工作面运输顺槽，从一采区主皮带巷开口，沿12°上山掘进，从一采区轨道巷下部穿过，进入3号煤层底板，且通过联络巷与一采区轨道巷连接；相对位置见图1。

图1 相对位置

为了确保施工安全高效、支护可靠稳定，1301工作面运输顺槽交岔点采用工字钢棚支护（见图2）。其施工方案为：先施工1301工作面运输顺槽联络巷至A—A处，采用锚网护顶护帮，立模浇注混凝土墩，待混凝土墩凝固后架设25号工字钢棚1、棚2（均为双梁并行放置）。后从一采区主皮带巷开口施工1301工作面运输顺槽至B—B处，按0.6m棚距架设11号工字钢，一头采用工字钢柱腿，一头搭在25号工字钢梁上；为防止侧压将棚推倒，将相互搭接梁进行焊接。最后采用喷浆支护整个交岔点。

图2 交岔点设计支护方案

当掘进1301工作面运输顺槽联络巷接近混凝土墩位置时，工作面迎头岩石变软、并伴随淋水，当架设25号工字钢棚1、棚2完后，工作面迎头出现片帮、并伴随淋水逐渐冒顶。当冒落稳定后，采用激光测距仪测量：冒落底部成椭圆形，尖顶，长4.2m，宽3.6m，高9.7m。

2 加固方案选择

（1）木垛接顶加固：工作面掘进至B—B处，按0.6m棚距架设11号工字钢，采用木垛接顶至冒落处。优点：工程造价低。缺点：冒落处高度达9.7m，周边为软岩且有淋水，接顶过程中随时有冒顶可能，安全不能保证。高冒区采用木垛接顶，容易造成瓦斯积聚、引发瓦斯爆炸事故。

（2）水泥浆液注浆加固：为了具备止浆条件，先进行联络巷的封闭，构筑止浆墙，并养护7天后，再在止浆墙上钻孔，注入添加纳米灌注剂XPM的单液水泥浆液和水泥、水玻璃浆液，将止浆墙内的空洞充填，同时与周围破碎岩块固结成一定强度的结石体。优点：浆液扩散半径大，加固范围广。缺点：止浆墙施工困难、养护时间长、注浆时间长；注浆充填体自重大，掘进过程中可能发生整体冒落或工字钢支护强度不足。

（3）化学浆液注浆充填和加固：工作面掘进至B—B处，按0.6m棚距架设11号工字钢，顶部采用2吋钢管沿巷道纵向密集布置，帮部采用木板背实，壁后用旧风筒裹严；采用化学浆液自下而上逐层注浆充填接顶，结合注浆加固充填层以外软岩达到加固效果。优点：注浆操作简单方便，固化时间短；固化物抗压能力好，可有效承载岩层形变；可压缩性良好，可经受任何地层运动；总造价比注水泥浆液还便宜。

综上所述，采用化学浆液注浆充填和加固方案可行。

3 加固方案实施

（1）相关参数：①充填材料：柯地散SK—ⅡC，两种组分A和B，发泡倍数12～18倍，发泡终止时间80s～120s。②加固材料：柯地散SK—Ⅱ，两种组分A和B，发泡倍数1.5～2倍，发泡终止时间500s～100s。③泵：专用风动多功能泵。④动力参数：压风0.4mPa～0.8mPa，风量不小于3m3/min。⑤仪器：可伸缩摩擦支柱、激光测距仪、便携式瓦斯检测仪。

（2）施工工艺：①将冒落区下方的矸石清理干净，保证安全退路畅通。②用激光测距仪测量最后一架棚与工作面迎头的距离，用以确定2吋钢管的制作长度，钢管一头制作为尖形。③将2吋钢管一端用大锤打入工作面迎头，另一端搭在11号工字钢上并固定，按0.2m间距沿巷道纵向布置，要求2吋钢管的高度略高于巷道的掘进高度。④将旧风筒平铺在2吋钢管上，将周边缝隙堵严。⑤在冒落区下方横向布置两根大板，并用可伸缩摩擦支柱支撑，以防注浆充填体压垮钢管。⑥在冒顶中心区垂直巷道布置4根注浆管，长度分别为3m、5m、7m、9.3m，预留注浆管上端距离冒顶区顶板0.3m～0.4m为宜，采用柯地散SK—ⅡC两种组分A和B，按1：1自下而上逐层注浆充填接顶。⑦采用柯地散SK—Ⅱ两种组分A和B，按1：1注浆加固充填层以外软岩。⑧注浆结束后，采用A组分冲洗混合器和出料口10s左右。

（3）安全注意事项：①施工前及施工过程中，严格检查冒落区的瓦斯浓度。②进入冒落区施工，必须坚持一人施工、一人监护顶板，发现异常情况立即撤退、处理后方可施工。③注浆过程中做好各工种的联系工作，以防误操作造成浆液伤人。

4 结束语

（1）保证产品保存和施工环境：在施工前最好把产品保存在15℃环境中12h以上，建议在15℃～30℃环境下施工。

（2）严格控制浆液配比和注浆速度：注浆前对系统进行全面检查，确保浆液配比，注浆过程中严格控制注浆速度，过慢导致扩散半径小，过快则化学反应热大，容易导致固化物大面积碳化。

（3）排气孔保持畅通：浆液固化过程中产生大量反应热，排气孔不畅通也导致固化物碳化。

[1] 周希圣，宋宏伟.国外围岩松动圈支护理论研究概况[J].建井技术，1994(04):67-72.

[2] 周传美，邵德胜，吴永忠.破碎顶板冒落的力学分析[J].江西煤炭科技，1996(4):26-28.

[3] 徐坤.围岩稳定性综合控制技术的应用[J].煤矿开采，2005，10（4）：49-51.

[4] 吴健.放顶煤开采的顶板活动规律及矿压显现[J].第四届采场矿压研讨会论文集，1989.12.

Technology and Application of Intersection Grouting Support in Top-coal Collapse Areas

ZHENG Jin-ping1,2
(1.College ofmining Engineering,Taiyuan University of Technology,Taiyuan Shanxi 030024;2.Shanxi Sanyuan China Energy Co.,Changzhi Shanxi 046000)

Taking an example of crossheading intersection on 1301working face of Shanxi Sanyuan China Coal Co.,its stability was studied when the intersectionmet with large section top-coal collapse areas.The combined support with pipe-roof and grouting achieved remarkable effect in the construction of the top-coal collapse areas.

top-coal collapse areas;pipe-roof;grouting;support

TD354

A

1672-5050（2012）10-0055-03

2012-06-23

郑金平（1981—），男，山西吕梁人，在职工程硕士研究生，助理工程师，从事煤炭生产安全、企业管理工作。

徐树文