综放工作面陷落柱围岩稳定性控制技术

任志峰

(大同煤矿集团 生产技术部，山西　大同　037017)



·技术经验·

综放工作面陷落柱围岩稳定性控制技术

任志峰

(大同煤矿集团 生产技术部，山西大同037017)

摘要基于唐安煤矿3405综放工作面陷落柱围岩稳定性问题，分别从锚固加强围岩稳定性、超前范围维护以及陷落柱本身稳定性控制3方面，提出相关措施，并针对注浆过程中常见的问题，提出该范围内的注浆方案及相关参数。实践表明：该方案的应用无论从经济上还是安全上均取得了较好的效果，该方案为今后类似条件下陷落柱围岩的维护积累了实践经验，值得推广应用。

关键词陷落柱；围岩；稳定性；注浆；锚固；超前支护

由于煤矿井下的特殊地质条件，每个工作面都会遇到陷落柱和断层。根据唐安煤矿3#煤层顶底板岩层分布状况、现场观察以及相关力学特征实验结果分析，发现未受采动影响时，顶板岩层为节理较为发育的层状结构，两帮为破裂结构，底板为较完整的层状结构；处于孤岛状态时，顶板岩层为破裂层状结构，两帮为破碎结构，底板为较完整的层状结构；处于孤岛并受孤岛面开采强烈扰动时，顶板岩层为破碎结构，两帮为松动结构，底板为破裂层状结构。孤岛工作面内存在陷落柱、断层等地质构造时，围岩严重破碎，该范围内围岩的维护对安全生产至关重要。

以唐安煤矿3405综放面回风巷陷落柱段为例，3405综放面为孤岛面，本身巷道承载的压力较大，加之陷落柱段围岩比较松散，为保证在陷落柱区域安全回采，防止出现陷落柱区域的顶板事故，故采取预注水泥浆和化学浆措施。通过预注水泥浆和化学浆，加强巷道围岩强度，使之形成一个整体，确保满足正常生产要求。

1陷落柱段的地质、支护和位置情况

3405回风巷在距巷道开口575.8 m处揭露陷落柱，揭露长度为17 m.陷落柱段支护方式为钢棚+锚喷支护，梯形断面，净上宽3.4 m、净下宽4.5 m，净高3 m，陷落柱前后10 m为锚网支护，同时陷落柱段无滴水、淋水。

2加固方案

2.1锚固加强方案

陷落柱段锚固加强方案为：顶板每1.8 m增加1排锚索，每排3根，在原有支护的基础上形成排距0.9 m、每排2根、3根间隔布置的顶板锚索支护方式。锚索规格：d22 mm×7 200 mm，预紧力100～150 kN.

两帮中腰位置每1.8 m补打1排2根d22 mm×5 500 mm锚索，锚索间距1 m，中腰对称布置。预紧力100 kN.帮锚索可以打在锚杆钢筋托梁上，也可以打在2排锚杆之间的位置。

全面检查原有锚固支护状况，若有失效的原顶、帮锚杆及锚索，则需在失效锚杆、锚索附近补打不低于原规格的新锚杆、锚索。

2.2超前段支护方案

巷中围岩破碎区域的超前支护方案如下：

超前支护距离：120 m

超前支护方式：单体液压支柱+Π型顶梁+底靴

单体支柱型号、参数：DW28(31、35)-350(300)/110X

顶梁结构参数：DFB.C-4000或DFC.C-4000Л型顶梁(顶梁长度可根据现场条件调整)。

底靴由钢板焊接成槽型结构，参数为：长1 000(750)mm×宽150 mm×高50 mm×厚20 mm.受空间限制的位置可按具体条件制作。

2.3注浆加固方案

1) 加固范围。

考虑到陷落柱附近5 m之内的煤体受陷落柱发育时的影响，煤层疏软，需要加固一段煤壁。因此，本次加固长度为陷落柱17 m，再加上两边各5 m，一共27 m.

2) 加固方法。

采用高压注浆补强方案，高压注浆的目的是充填陷落柱岩块与岩块之间的裂隙，同时使岩块与岩块之间的软岩、泥岩变硬，提高整体抗压能力，形成连续的结构体。

3) 注浆材料。

目前，国内外用注浆加固的材料种类很多，但从材料的性质上主要分两大类：颗粒型浆材和溶液型浆材。应根据注浆的地质、目的、浆材性质及造价因素选择浆材。

典型的颗粒型硅酸盐水泥浆材具有结石强度高、耐久性好、材料来源丰富、工艺设备简单、成本低、注浆设备品种齐全等特点，所以，在各类工程中得到广泛应用。但这种注浆液容易离析和沉淀，稳定性差，并且主要是其颗粒度大，使浆液难以注入岩层的细小裂缝中，扩散半径小，凝结时间不易控制。该注浆材料使用于要求强度高、松散的破碎体加固。

化学浆液可注性好，能注入细小裂隙或孔隙中，但具有成本高，同时化学浆液易污染等缺点。

本次注浆加固的目的是加固陷落柱，要求注浆结石体具有较高的强度，抗变性能力强。

3注浆施工工艺

根据注浆材料的特点和注浆的地质条件，本次注浆先采用水泥浆加固，然后用DF-2型化学浆加固，使整个陷落柱成为一个整体。

3.1注浆孔布置方式

1) 帮及顶板加固注浆孔的布置方式。

巷道每隔2 m布置1排注浆孔，每排布置5个眼，巷道正中心1个，帮和顶板的交接处两边各1个，帮各1个。顶板正中心眼和顶板垂直向上，两角眼和顶板成1.5 m，直径28 mm，眼深5 m，另外在注浆过程中要根据浆液扩散情况适当改变角度和增加眼数。注浆钻孔剖面布置图见图1.

图1　注浆钻孔剖面布置图

2) 底板加固注浆孔的布置方式。

靠工作面的一帮的注浆孔距帮1 m，不靠工作面的一帮的注浆孔距帮500 mm，孔与孔之间的距离1.5 m，角度竖向垂直底板，横向和底板成70°，深度4 m，直径100 mm.

3.2注水泥浆

注浆要打1个注1个，或者从两边交替注，注浆时如果有地方跑浆，要用棉纱挡住，然后慢慢注，如果再继续跑浆，停下来，第二天再在附近打眼重新注浆，总之注浆压力要控制在3 MPa以上。

3.3注化学浆

顶板及帮采用化学注浆加固第二遍，布孔方式跟水泥浆一致，同是陷落柱处两端5 m范围内也要布孔注浆，间隔距离也是2 m，眼深、眼径同水泥孔一样。注浆时要打1个孔注1个孔，不能有剩余的空孔，在注浆时当表面有渗出的液体则可以加大固化剂，压力升高即可，当压力不升时，第二天要进行修注，直至终压达到1 MPa，底板则不再进行化学注浆。

3.4注浆效果分析及评价

1) 采用注浆加固后，陷落柱内部及附近严重破碎的岩体固结为一整体结构，保证了围岩的稳定性。

2) 3405工作面过陷落柱前期，未采用注浆方法，仅在部分区域进行了简单的补强支护，受围岩破碎影响，工作面日进度仅为0.6 m. 对陷落柱附近进行补强加固并注浆维护后，该工作面日进度为2～3 m，且提高了工作面生产条件的安全性。

3) 3405工作面在维护初期为节约成本，仅对破碎区域加注水泥浆，但因黏合性较小使得陷落柱附近岩体受采动影响二次破碎，影响吧正常生产。当水泥浆与化学浆混合加固后，破碎岩块黏结为一整体，大大提高了工作面围岩的稳定性。

4) 采用注浆法对陷落柱附近围岩加固后，3405工作面开采结束比预计提前30天，保证了工作面的正常衔接及年产量的按时完成。

4结论

通过锚固加强维护、超前段维护以及注浆维护很好地解决了3405工作面陷落柱段围岩松散问题，确保满足了正常生产要求。

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Stability Control Technology of Collapse Column Surrounding Rock in Fully Mechanized Caving Face

REN Zhifeng

AbstractAccording to the problem of collapse column surrounding rock stability in Tang'an coal mine 3405 fully mechanized caving face, respectively puts forward the relevant measures from three aspects of anchoring to strengthen the stability of surrounding rock, advance range to maintain and collapse column stability control. And puts forward grouting schemes and related parameters in the range for the common problems in grouting process. The practice shows that the application of the scheme obtains good results from economy and security. It accumulates practical experience for maintenace of collapse column surrounding rock in future similar conditions, and it is worth popularization and application.

Key wordsCollapse column; Surrounding rock; Stability; Grouting; Anchoring; Advanced supporting

中图分类号：TD353

文献标识码：B

文章编号：1672-0652(2016)01-0020-03

作者简介：任志峰(1976—)，男，山西大同人，2007年毕业于中国矿业大学，工程师，主要从事煤矿技术管理工作(E-mail)renzhifeng1986@126.com

收稿日期：2015-11-03