泰山隆安矿8102工作面风氧化带掘进施工实践

王 强

(山西煤炭运销集团 泰山隆安煤业有限公司， 山西 忻州 036600)

泰山隆安矿8102工作面位于井田东部靠近煤层露头处，该工作面走向长2 337 m，煤层厚度3.2～4.0 m，平均3.5 m. 根据8102工作面掘进过程中揭露：8102回风顺槽东部靠近8#煤层露头区域，煤层裸露于地表，因常年与地表空气接触，岩层及煤层不同程度地遭到了风化和氧化，导致隐伏煤层露头区域及附近煤质变差。另外，由于地表水通过隐伏煤层露头向岩层渗漏，再通过层流与附近岩层及富水裂隙沟通，导致岩层被间接风化侵蚀，顶板岩层酥软。受煤层露头处风氧化的影响，靠近8102回风顺槽附近及东部煤层顶板煤岩层均受到风氧化的影响，导致顶板上部泥岩层风化酥软；同时顶板滴淋水增大，增加掘进施工难度。为保证掘进安全，对风氧化带掘进施工进行了技术分析，提出了支护方案，取得了良好的施工效果。

1 工程概况

1.1 地质概况

从泰山隆安煤业8102工作面钻孔ZK1004附近揭露情况看，煤层埋深约159 m.根据掘进施工过程中采用锚索钻孔现场核实，煤层上部赋存一层极不稳定0.27 m厚的泥岩(夹矸)，0.65 m厚的煤，0.82 m厚的泥岩，0.73 m厚的中砂岩，3.71 m厚的泥岩，且顶板淋水较大，施工过程中顶板随掘随冒，为典型风化软岩。8102工作面顶板柱状图见图1.

图1 8102工作面顶板柱状图

1.2 技术分析方案设计

在原设计方案中，顶板采用锚杆+锚索+网联合支护，该支护方案遇风化软岩后锚固力达不到设计要求甚至完全失效。因此，提出了以下支护方案：

1.2.1冒顶高度小于1.5 m时

工字钢棚支护：在风氧化带软岩处采取锚索+钢筋网片支护后，架设11#工字钢棚进行支护，采用道木进行接顶防止二次漏顶，同时及时采取喷浆封闭。工字钢棚支护示意图见图2.

图2 工字钢棚支护示意图

施工要求及安全措施：

1) 要求现场施工时须进行短掘短支，循环进尺不能超过1 m，施工时须按巷道断面掘单侧一半进行掘进(掘进宽度不得超过2.5 m)并支护。

2) 顶板淋水范围较大现场需采取集中打孔安设导水软管进行放水处理。

3) 施工过程中要加强敲帮问顶，及时处理活矸，严禁超循环或违规作业，巷道必须及时支护、喷浆封闭。掘进支护时必须采取机载前探梁临时支护(鉴于机载前探梁空隙较大顶部须铺设双层钢筋网片)。

4) 巷道掘进支护到位后及时架设工字钢棚进行补强支护，工字钢棚排距0.8 m，工字钢棚必须采用道木背紧刹实。

5) 现场工字钢棚、木点柱、道木必须备足，同时储备相关应急材料及工器具。

6) 在漏顶前、后5 m范围安设顶板离层仪，安排专人每班进行观测并建立台账，如有异常及时汇报。

7) 工字钢棚无法接顶时应采用枕木进行接顶。接顶示意图见图3.

图3 接顶示意图

1.2.2冒顶高度大于1.5 m，前方围岩风化较小

工字钢棚+超前导管支护：在工作面迎头顶板轮廓线打一排间距300 mm、长2 m、d 42 mm的超前孔，打入的方向和角度与巷道周边前掘方向一致，使用DN40钢管插入超前孔内，另一头采用锚索悬吊并架在工字钢梁上，剩余的钢管留在煤臂内，起到护顶的作用，形成超前支护。在掘进过程中，使用铁丝网加钢筋网、锚索+钢棚，锚索每排3根，间距2 m.工字钢棚+超前导管支护示意图见图4.

图4 工字钢棚+超前导管支护示意图

施工要求及安全措施：

1) 锚索及工字钢棚安全支护措施同冒顶高度小于1.5 m时的支护措施。

2) 施工超前导管时需3人配合，2人负责安装，1人负责观察顶板，若顶板有异常情况，应停止施工撤出人员。

3) 施工超前导管需登高作业时，应架设高凳，并系好安全带。

1.2.3冒顶高度大于1.5 m，前方围岩风化严重

若顶板围岩风化严重，前两种施工方法均无法完成施工，可考虑注浆工艺。考虑风氧化带围岩破碎严重，岩石粒径较小，一般采用间歇式注浆工艺[1]. 同时考虑此次注浆主要用于加固掘进围岩，决定采用浅孔注浆，即巷道表层向内200～600 mm注浆[2].一般而言，进行注浆前需对注浆区域的岩石物理性质进行观测，根据其他煤矿施工经验，决定采用钻孔窥探仪[3]对工作面不同区域进行钻孔窥视。局部窥视成果见图5.

图5 钻孔局部窥视成果图

由图5可知，该区域裂隙发育，空隙连通性强，可注性良好，注浆主要以劈裂和渗流为主。综合掘进施工进度，每次注浆长度为工作面前方5 m. 马丽散作为一种高分子注浆材料，能将破碎围岩重新胶结为整体，提高承载能力[4]. 故本次注浆材料选用马丽散。

施工要求及安全措施：

1) 注浆时需7人协作完成，3人搅拌制浆同时负责搅拌桶，递料，下料；2人负责搬运材料；1人负责注浆泵操作，1人负责观察注浆过程。

2) 每日注浆前，应提前将所需材料搬运至注浆设备附近，以便使用。

3) 注浆压力、泵速(流量)根据注浆情况及时调节，一般采用先小后逐步增大的方式。

4) 所有人员不能远离自己岗位，注浆泵操作人员负责看护注浆泵，调整注浆压力和泵速；注浆看护人员要观察注浆泵是否吸浆，下料是否一致，出现问题及时反馈调整。

5) 当遇到漏浆时，暂停注浆泵，采用棉纱或者棉纱蘸取封孔材料封堵方式。

6) 高压注浆胶管和注浆钢管必须采用链条或铁丝固定至巷帮上，以防止脱扣伤人。

7) 注浆期间，身体要避开注浆管口正面。

8) 本班注浆工作结束后，对搅拌桶、注浆泵、注浆管路进行清洗，并对材料、设备、管路进行归置。

9) 交接班时需进行现场技术交底，把设备使用情况、注浆情况、材料性能等交代清楚。

2 应用效果

泰山隆安矿通过对不同围岩条件下巷道支护分别设计，取得了良好的效果：

1) 巷道冒顶高度小于1.5 m时，顶板虽破碎松软，但还具有一定的整体性，采用工字钢棚进行支护并接顶严实，可有效避免顶板下沉，稳固围岩，达到了预期支护效果。

2) 巷道冒顶高度大于1.5 m，围岩未完全软化，具有一定的整体性，通过施工超前导管，可提前形成人工假顶，能有效控制顶板。

3) 当围岩风化严重，施工超前导管虽可暂时形成人工假顶，但综掘机截割后假顶并不稳固，极易连同围岩一起掉落，带来二次事故，故采用注浆加固围岩。实践证明，马丽散具有较好的黏结性，其良好的韧性和黏结强度控制了围岩裂隙发展，使围岩重新形成承载机构，恢复自稳能力。同时其还有封堵巷道顶板水功能，进一步阻止了水对围岩的破坏。

3 结 论

1) 根据围岩条件不同，采用不同的支护方案，避免了在围岩较好区域施工超前导管和注浆工艺带来的施工工序复杂，施工工期较长，巷道延米造价高等缺点。

2) 风化氧化带巷道掘进施工技术已发展成熟，应根据现场施工实际采用不同的技术方案，减小施工难度，缩短施工工期，节约资金。