大采高综采工作面煤壁片帮机理及控制技术研究_孟伟.pdf

大采高综采工作面煤壁片帮机理及控制技术研究孟伟（山西西山晋兴能源有限责任公司斜沟矿，山西吕梁033000）摘要：斜沟矿 18108 运巷属于大断面全煤巷道,工作面掘进过程中发生多次片帮现象，导致巷道空顶面积大、巷帮支护失效等技术难题。基于理论分析和现场实测，研究大采高综采工作面煤壁片帮机理，设计了“注浆+桁架锚杆”联合支护技术。现场实践表明，采取联合支护技术后，有效控制了煤柱片帮问题，缩小了顶板空顶距，保证了工作面的高产高效回采。关键词：大采高煤壁片帮片帮控制注浆加固联合支护中图分类号：TD35文献标识码：A文章编号：1004-7050（2022）09-0098-02引言随着矿井采掘深度的不断延伸，在开采煤层高度3.5 m7 m 的厚煤层时通常采用大采高综采技术。大采高综采技术由于资源采出率高,煤炭含矸率低等优点作为一种高产高效的回采工艺得到广泛应用。伴随着煤层埋藏深度和工作面采高的不断增加,大采高综采工作面煤壁片帮、冒顶等问题日益严重，成为大采高技术亟待解决的理论技术难题。为此国内诸多学者开展相关研究，华心祝，谢广祥1为控制淮南张集矿12153 大采高综采工作面煤壁片帮,基于理论分析和数值模拟，提出了俯斜开采,采用“注浆+桁架锚杆”联合支护技术,提高采掘进度,加固煤壁和及时治理煤壁片帮。本文结合斜沟矿 18108 工作面地质条件，针对工作面煤壁片帮严重问题，设计了“注浆+桁架锚杆”联合支护技术有效控制煤壁片帮问题，保证矿井安全采掘。1矿井概况斜沟矿位于山西省兴县北 50 km 处，井田东西宽4.5 km，南北长 22 km，矿井面积约 88.6 km2，设计年生产能力 1 500 万 t，现主要开采太原组 2#、8#煤层。18108 工作面现在主要开采山西组 8#煤层，煤层平均厚度 5.2 m，煤层平均倾角 8.9。18108 运输顺槽设计长度 765 m，断面为矩形，宽 4.8 m、高 2.4 m，开口位置位于 8#南轨道巷东帮，方位角 90。巷道掘进过程中每隔 100 m 在前进巷道右帮掘一个材料硐室，长 8 m、深度 1 m、高度 2.4 m；掘进过程中，在巷道低洼处施工临时水仓，长 2 m、宽 1 m、深度 1 m。18108回风顺槽掘进断面形式如下：掘进断面 11.52 m2，净宽 4.6 m、净高 2.3 m，净段面 10.58 m2，采用锚网（索）支护，巷道掘进煤层为 9 号煤层，其位于太原组中部K4 灰岩之上，煤层厚度 1.56 m1.72 m，平均厚度1.62 m，厚度变异系数 11.6%，可采系数 100%，煤层倾角 3，结构简单，不含夹矸，普氏系数 f=12。斜沟矿 18108 工作面采用综合机械化掘进工艺，截至 2021 年 5 月 6 日，巷道已掘进 750 m。钻探资料显示，巷道掘进至 720 m 时，位于巷道北部 23 m 处存在一条 X3 陷落柱，陷落柱长轴长 24 m、短轴长 17 m，长轴与巷道掘进方向近似平行，在 720 m 前巷道掘进过程中围岩相对稳定；当巷道掘进至 720 m 时，位于陷落柱侧巷帮出现破碎、片帮现象。2煤柱片帮机理2.1矿井地质构造结合斜沟矿水文地质资料显示，18108 运输顺槽掘进至 750 m，位于巷道北侧存在一条 X3 陷落柱，巷道与陷落柱纵轴平行布置，间距为 23 m，巷道掘进时巷道内形成应力释放区，陷落柱应力沿煤柱向巷道内释放，释放期间对巷帮煤柱产生水平张拉应力，从而对巷帮煤柱产生破坏作用，导致煤柱出现破碎、片帮现象。2.2煤层赋存情况斜沟矿 18108 运输顺槽掘进煤层为 8#煤层，结构复杂，煤层内含三层夹矸，多以砂质泥岩为主，总厚度为 0.6 m。夹矸破坏了煤体稳定结构，导致煤体稳定性差。而 18108 运输顺槽布置在煤层内，两帮为煤体，两帮煤柱在应力作用下支撑强度低，当煤柱受应力破坏后，煤柱出现严重剥离破坏，从而造成煤柱片帮。18108 运输顺槽在构造应力作用下，煤柱出现严重破碎现象，通过钻探发现，从煤柱表层向深部形成围岩松动圈，且松动圈范围不断扩大，松动圈深度达2.4 m；而原巷帮煤柱主要采用螺纹钢锚杆支护，锚杆长度为 2 m、直径为 20 mm，锚杆采用端头锚固方式，锚固长度为 0.9 m，锚杆锚固位置为松动圈破碎岩体，导致锚杆锚固效果差，支护强度低。收稿日期：2021-12-22作者简介：孟伟，男，1991 年出生，毕业于重庆大学，本科，工程师，从事煤矿生产技术相关工作。总第 205 期2022 年第 9 期山西化工Shanxi Chemical IndustryTotal 205No.9，2022DOI:10.16525/14-1109/tq.2022.09.040专题讨论2022 年第 9 期3片帮煤柱联合支护技术为了保证 18108 运输顺槽后期安全快速掘进，防止煤柱出现片帮现象，决定对片帮采取注浆加固煤体，同时采用桁架锚杆削弱煤体内构造应力破坏作用。3.1注浆加固技术18108 运输顺槽片帮区采用深孔加固技术，为了不影响巷道掘进施工，注浆施工与巷道掘进同步进行，注浆施工滞后巷道迎头 5 m 处进行，首先采用钻机对片帮煤柱施工一排注浆钻孔，钻孔施工在距顶板1.5 m，且与巷帮煤柱垂直布置，如图 1 所示。注浆钻孔深度为 5 m，直径为 40 mm，钻孔间距为3 m，注浆钻孔施工完成后对钻孔内填入一根长度为3 m、直径为 16 mm 的注浆花管，注浆花管一端与专用注浆泵连接。为了提高注浆效果，对注浆钻孔采用水泥砂浆、粉煤灰联合进行封孔处理，封孔长度为 0.6 m。全部工序完成后开始进行注浆施工，为了加快注浆液凝固速度，提高注浆加固效果，决定采用聚氨酯、催化剂、凝固剂混合浆液，注浆时先高压后低压，低压稳定在 1.5MPa左右，注浆时间控制在 15min20min。注浆施工必须一次性完成，避免二次注浆出现压力不足、封孔难等现象，注浆完成后立即拔出注浆花管，并再次对孔口进行封堵，注浆完成 3 h 后对注浆区域进行检查，确保注浆合格2-3。3.2桁架支护3.2.1桁架支护原理桁架支护主要对围岩施工两根对称斜角支护体，在支护体之间安装预紧装置，并对两根支护体进行预紧作用，支护体在相向预紧的同时会对孔壁产生一个倾斜分力，两个分力垂直岩体面，从而对岩体内破坏作用力起到削弱、抵消作用，同时斜角支护体对围岩产生传统支护作用4。3.2.2桁架支护结构18108 运输顺槽片帮处施工的桁架支护主要由加长锚杆、预紧装置两部分组成，其中加长锚杆长度为 3.5 m、直径为 30 mm，锚杆为螺纹聚氨酯锚杆。该锚杆具有柔性强、不易变形、支护强度高等优点。预紧装置主要由张拉器、张拉杆两部分组成，张拉器长度为 0.5 m，可实现双向张拉，张拉杆共计两根，每根长度为 1 m。3.2.3桁架支护工序1）18108 运输顺槽掘进至 750 m 时，对巷帮施工桁架锚杆支护，巷帮共计施工两排桁架，且两排支护呈迈步式布置。2）首先在巷帮施工两根锚杆支护孔，第一排支护孔布置在距顶板 0.8 m 处，钻孔间距 1.8 m，同一组钻孔与巷帮呈 70夹角布置，且两个支护孔对称布置。3）同一组锚索支护孔施工完成后依次对钻孔内锚注聚氨酯锚杆，采用 MKC 型锚固剂进行锚固，锚固长度为 1 m，锚固后对锚杆外露端安装张拉杆，并采用张拉器进行预紧。4）同一排桁架锚杆支护布置间距为 1.3 m，第二排桁架锚杆支护与第一排布置排距为 1 m，且两排桁架支护呈迈步式布置5。4结论随着，斜沟矿 18108 运输顺槽掘进至 750 m，且已完全通过 X3 陷落柱影响区域，通过对构造应力巷帮采取“注浆+桁架加长锚杆”联合支护后，巷道在后期掘进过程中未出现巷帮大面积片帮现象，巷帮原永久支护失效率由原来的 17%降低为 3%，两帮收缩量不足 0.4 m，大幅提升了巷道成型率，保证了工作面的高产高效回采。参考文献1华心祝，谢广祥.大采高综采工作面煤壁片帮机理及控制技术J.煤炭科学技术，2008，36（9）：1-3.2王传兵，李家卓，李群，等.深部大采高超长工作面煤壁片帮机理及控制技术J.煤矿开采，2017，22（2）：56-60.3李宝军.大断面煤巷掘进片帮及控制措施探讨J.江西煤炭科技，2019（3）：108-110.4梁立鹏.大采高综采工作面煤壁片帮机理及控制技术研究J.能源技术与管理，2018，43（1）：71-73.5刘海龙.大采高仰采工作面煤壁片帮机理及控制技术J.山西化工，2019，39（3）：117-118.1护帮锚杆；2锚杆支护；3注浆钻孔；4桁架锚杆；5双向张拉器；6张拉杆图 1片帮煤柱联合支护结构示意图（单位：mm）1 0001 0002800136543 0001 000片帮煤柱1 5001 800（英文摘要下转第 106 页）孟伟：大采高综采工作面煤壁片帮机理及控制技术研究99山西化工第 42 卷Study on Comprehensive Gas Control Method of Y-type Ventilation Mining Face with GobSide Entry ReservedGao Junjun（Shanxi Fenxi Mining Industry Group Nanguan Coal Industry Co.,Ltd.,Lingshi Shanxi 031300）Abstract:Gas control is an important content in the process of coal mining.Compared with the traditional U-type ventilation andU+L-type ventilation,the Y-type ventilation of gob side entry retaining can improve the mine ventilation,and can effectively eliminate theadverse effects caused by various coal mining operations such as large quantities of projects and driving speed in the past.Next,based onthe analysis of the causes of gas in the coal mining face,and according to the engineering examples,the comprehensive gas control methodof Y-type ventilation mining face with gob side entry reserved is studied.It is hoped that the content of this paper can help the relevantstaff and the development of the coal mining industry.Key words:coal mining;gas control;Y-type ventilation;gob side entry（上接第 97 页）Study on Mechanism and Control Technology of Coal Wall Spalling in Fully Mechanized Facewith Large Mining HeightMeng Wei（Xiegou Mine of Shanxi Xishan Jinxing Energy Co.,Ltd.,Lvliang Shanxi 033000）Abstract:The 18108 haulage roadway in Xiegou Mine belongs to a large section full coal roadway.The phenomenon of