运输顺槽注浆支护方案的对比分析

王海洋， 岳晓明

（1.山西中阳张子山煤业有限公司， 山西 中阳 033400； 2.山西中阳钢铁有限公司， 山西 中阳 033400）

引言

煤矿运输顺槽巷道的不稳定直接影响着综采工作面的生产效率和安全性，严重威胁着综采工作面作业人员的人身安全。随着我国工作面采煤深度的不断增加，预计在近几年采煤深度会达到1 500 m，对应的高低温、高水压、高地压以及开采动压严重威胁着工作面的安全生产。据统计表明，在深部开采中，由于顶板冒落造成的停产时间占据总停产时间的50%左右。因此，对于深度开采而言，提升其支护质量和效果是十分有必要的[1]。采用合理的注浆支护方案可以减轻巷道支护负担，降低吨煤成本，提高工作面煤炭生产效率和安全性。本文着重对运输顺槽的注浆方案进行对比研究。

1 工程概况

本文以运输顺槽为研究对象，该运输顺槽巷道上方为采空区，下方为未开采区；东侧和西侧均为未开采区，南侧为断层结构，北侧为煤轨道下山。运输顺槽巷道为南北走向，且向西倾斜；该巷道内煤层的倾角范围为8°～10°，煤层平均倾角为9°；该巷道煤层厚度范围为0.72～2.10 m，且煤层厚度由北向南逐渐变薄，整个巷道煤层的平均厚度为1.28 m；该巷道煤层的平均普氏硬度为3。该巷道煤层的绝对瓦斯涌出量为1.13 m3/min；相对瓦斯涌出量为1.1 m3/t。运输顺槽巷道的顶板主要是直接顶，底板主要有直接底和老底，其具体情况如表1 所示。

运输顺槽的断面形状为梯形，采煤机截割工作面上端宽度为2.5 m，下端宽度为3.5 m；掘进工作面的上端宽度为2.7 m，下端宽度为3.8 m；运输顺槽巷道的高度为2.1 m。采煤机截割工作面的断面面积大小为6.3 m3；掘进工作面断面面积大小为8.6 m3。

表1 运输顺槽巷道顶底板情况

2 运输顺槽现状分析

运输顺槽在掘进过程中由于受巷道内地质条件的变化影响，明显的变化为巷道内煤层逐渐变薄，其中所夹杂着的矸石层也变薄。因此，导致运输顺槽巷在掘进过程中巷道的上半部分伸入至9 号煤层采空区的矸石中，从而造成运输顺槽巷道顶板的矸石出现大面积冒落的现象，导致整个巷道的支护不稳定[2]。此外，在掘进过程中出现上部淋水的现象，导致该运输顺槽巷无法正常施工。

经分析，造成运输顺槽巷道无法正常掘进的主要原因为该巷道上方为采空区，且该采空区与巷道错开7 m 左右，导致巷道的顶板被破碎时，上方采空区冒落的矸石时间较短，未形成假顶，从而导致运输顺槽在掘进过程中出现矸石严重冒落的情况。而且，在巷道上方采空区的下部存在有积水，巷道顶板被破坏后出现淋水的情况，进一步增加了巷道掘进的难度。

综上分析，导致运输顺槽无法正常掘进的根本原因为巷道顶板的矸石不稳定。因此，可将运输顺槽巷道顶板的矸石固化为一体，使其具备支承作用，提升矸石的稳定性[3]。故，可通过注浆支护的方式实现对运输顺槽顶板的支护。

3 运输顺槽注浆支护方案的设计原则

为确保运输顺槽采用注浆支护后能够提高巷道顶板矸石的稳定性，在注浆方案设计时需遵循如下原则：

1）鉴于运输顺槽顶板冒落严重的情况，要求注浆支护是基于控制巷道顶板冒顶和漏顶的情况进行的；

2）所设计的注浆支护方案应与运输顺槽巷道内的地质、煤层、水文因瓦斯等情况相匹配；

3）所设计的注浆支护方案应具有可实施性，其工艺实施方案、工艺流程以及设备选型等均应满足运输顺槽巷道的基本条件；

4）所设计的注浆支护方案在保证其支护功能的基础上，其经济投入以及注浆材料的施工费用应最低。

5）所设计的注浆支护方案不仅能够保证运顺顺槽巷道内支护结构和设备的安全，还能够保障巷道内作业人员的人身安全[4]。

4 运输顺槽注浆支护方案的设计

除采用注浆支护外，工作面还采用了基础的锚杆+锚索+金属网的支护方式，具体支护设计如下：顶板锚杆直径为20 mm，长度为2 400 mm，每排锚杆之间的距离为700 mm，锚杆与水平面的夹角为30°；

顶板锚索的直径为21.6 mm，锚索长度为8 000 mm，每排锚索的间距为1 500 mm，锚索的预应力为160 kN；

钢筋网长度为1 500 mm，宽度为800 mm；每个网格的形状为正方形，尺寸为150 mm。

为验证不同注浆支护方案的支护效果，针对运输顺槽的注浆支护采用浅孔注浆和深孔注浆方案。

1）浅孔注浆方案的设计。钻孔的直径为40 mm，所采用的注浆材料为水泥- 水玻璃浆液，水灰比控制在0.8[5]。采用的注浆泵的型号为2ZBQ-10/12 的气动双液注浆泵，注浆管的直径为25 mm.

2）深孔注浆方案设计。钻孔的直径为42 mm，所采用的注浆材料为R32.5 硅酸盐水泥，水、水泥、添加剂的质量比为50∶100∶8。孔口注浆管的直径为25 mm，长度为3 m；注浆花管的直径为25 mm，长度为3 m。两种支护方案所采用的注浆设备如表2 所示。

5 注浆支护效果

对运输顺槽巷道地质、煤层等情况相类似的工作面分别采用浅孔注浆和深深孔注浆的支护方案，支护效果如下：经采用注浆支护后运输顺槽巷道围岩顶板的下沉量和巷道两帮的收敛速度明显较小，且支护后巷道顶板的下沉量和两帮的收敛速度满足《煤炭安全规程》的相关标准要求。两种注浆方案的支护对比如图1 所示。

表2 注浆工艺关键设备

图1 两种注浆方案的支护对比

如图1 所示，深孔注浆支护方案下顶板的离层量最大仅为1 mm，而在浅孔注浆方案下顶板的最大历程为可达2 mm。因此，在基础支护方案下采用深孔注浆方案的支护效果优于采用浅孔注浆方案的支护效果。

6 结语

随着煤矿综采工作面深度的增加，对应工作面的高水压、高温等情况严重威胁着工作面的安全生产。针对巷道顶板矸石不稳定情况，采用常规支护方案仍然会造成顶板的冒顶和漏顶的事故。为此，针对巷道顶板矸石不稳定的情况采用注浆支护方案，可有效控制巷道顶板的下沉量和巷道两帮的收敛速度，明显提升巷道的支护效果和质量。