陕西延长石油西红墩煤业有限公司 陕西 榆林 719000
摘要：王石凹煤矿211工作面由于上分层回采时未采取铺底网等有效措施，导致下分层复采时巷道围岩比较破碎。利用水泥浆对巷道围岩进行注浆加固，改善了巷道围岩的力学性质，为巷道安全快速掘进和回采提供了有利的条件，为矿井高产高效提供了一项实用技术。
关键词：下分层；再生顶板；开采
前言
王石凹煤矿5#煤下分层由于历史原因，1994年6月至1999年2月5日未能分层开采，造成5#煤下分层储量呆滞。2005年经局矿地质人员进行了开采地质综合评价，其中下分层可采储量420.7万吨适合综采开采量。
一、两巷支护技术：
1、煤岩体超前注浆固化机理
（1）超前注浆
在掘进工作面煤岩体开挖前进行预注浆称作超前注浆，就是利用浆液来充填和固结围岩（煤层）的裂隙面，提高围岩体强度，充分发挥煤岩体自身承载能力，保持围岩稳定、参与巷道围岩内应力平衡过程。因此，煤岩体预注浆固化可显著提高巷道围岩承载能力，改善巷道成型和维护状况。
（2）充填压密及转变围岩破坏机制
断裂力学认为，连续介质内有裂隙时，在承载过程中会形成强烈的应力集中，在裂隙端部产生最大应力集中，介质产生破坏就是在一定的应力条件下裂隙出现失稳扩展的结果。超前注浆时浆液在泵压的作用下，除了将一些较大的裂隙充填满，还可将一些充填不到的封闭
裂隙和小裂隙压缩，甚至使其闭合，提高围岩的弹性模量和强度。
（3）浆液固结体形成网络骨架
浆液经挤压或渗透到围岩纵横交错的裂隙中固结，形成网络骨架结构。形成网络骨架的高分子化学材料抗压强度不一定比围岩高，但此固结体具有良好的韧性和粘结性。当外载超过围岩强度而发生较大变形时，固结材料的网络以其良好的韧性和粘结强度起到骨架作用，提高围岩的残余强度，限制其破坏的扩展，从而改善巷道维护状况。
2、我矿5#煤下分层掘进技术方案
根据上述技术原理，现将5#煤下分层两巷支护技术方案如下：
（1）第一步顶板超前注浆加固
利用注浆材料，浆液充填空隙，渗透、充满整个空隙、裂隙形成整个网络骨架，起到补偿加固作用、充填密实作用，改善冒落滑矸顶板岩体的物理性质，将松散岩体粘结为一体，不易冒落，有利于及时安全有效支护。
①浆孔布置
根据煤岩体的具体特点和加固施工工艺，采用预先超前加固15m，再向前推进12 m，预留3 m 保护帽的注浆施工方案。根据掘进揭露的围岩情况，决定是否需要进行化学注浆。巷道前方顶部采用1-3排注浆孔，每个孔孔深8 m，注浆管长2～3 m，封孔段长1.5～2 m（直径75 mm）。每个注浆循环掘进工作面煤壁布置4～6 根注浆管。从工作面断面的上部开孔，孔间距为0.7～1 m。对注浆管密度、深度和角度随时进行调整，钻孔布置示意图如图1 所示。
图1：注浆钻孔布置图
② 注浆压力
根据断层带煤体的承受能力和最小抵抗面及工作面围岩条件设计注浆终压应为3 MPa，扩散半径为1.5 m 左右。
③注浆量预计
A、单孔注浆量
按下列公式计算：
Q单 = AJIR2HnBM /1.3 单
式中：A——浆液的损耗系数， 取1.05
R——浆液有效扩散半径，取1.5 m
H——注浆段长度， 取5 m
n——孔隙率， 取10％
B——浆液充填系数， 取0.8
1.3——平均重复注浆系数，
M——浆液密度，1200 Kg/ m3
则：Q单 = 1.05× 3.14×1.52 × 5× 0.05× 0.8×1200/1.3 ≈ 1370Kg
B、每个注浆循环注浆量循环Q循环
Q循环= Q单× N = 1370Kg/孔×3孔= 4110Kg
④ 施工工艺
施工工艺： 标孔→钻孔 →检查钻孔质量→安装注浆管及封孔部件→封孔→准备浆液→开泵注浆→凝固→检查注浆质量→验收。
（2）第二步：结构补偿
滞后掘进正头一定距离，进行结构补偿。滞后掘进迎头合理距离，可根据以下两个方面确定。一是以不影响掘进迎头施工为原则，二是根据巷道矿压显现规律确定，架棚支护后，当工字钢棚开始有矿压显现时，可及时采取补偿结构补偿措施。
3、我矿5#煤下分层开采技术方案
根据5#煤下分层顶板实际情况，我矿5#煤下分层采用超前顶板注浆加固技术，总体思路如下：在工作面两巷向工作面一侧的冒落滑矸顶板里注浆，根据两巷的超前加固效果，确定合理的注浆材料和注浆工艺，达到既保证冒落滑矸顶板胶接效果，又最大限度的降低注浆加固成本。根据浆液的流动性和渗透性，可以先采用注水泥浆进行注浆加固，然后在工作面回采过程中，对顶板冒落滑矸胶结不好的区域，快速进行局部化学注浆。注浆范围主要是工作面上方的冒落滑矸顶板，钻孔孔口位置分别布设在两巷内，钻孔呈扇形布置。钻孔必须进入上分层老空区，以确保浆液的扩散范围。即：首先向采空区内打5米钻孔，进行化学材料注浆，材料充分固结后，采用“迈步式”跟进打钻钻孔深度10米，再次注浆。通过注浆，应使冒落滑矸顶板固结良好，并有一定的承载力，使回采期间不会出现影响正常生产的漏顶现象，实现安全回采。
4、采煤方法与采煤工艺选择
（1）设备选择
我矿5#煤下分层采用综采开采，根据工作面煤层赋存条件，采煤机性能、适用条件以及维护方面进行比较，我们选用MG200/456—AWD型采煤机1台，液压支架选用ZY3200/09/21两柱式掩护式液压支架100台，工作面选用SGZ-630/110型刮板输送机1台，供液由LRB-400/31.5Ax型乳化液泵提供1台。
（2）工作面回采
工作面上、下端头根据条件选用端头支架或抬棚支护，由于采动影响，必须在工作面前方30-50米范围内进行超前支护，采用3排单体加铰接顶梁进行支护，保证超前段有足够的支护能力。工作面采用全部垮落法管理顶板，工作面移架时采用跟机拉架，顺序作业，保证支架前两紧贴煤墙，减小控顶距。
5、项目前期投资概算
以首采面211为例：
项目前期投资概算
二、结论
如果我矿对5#煤下分层进行回采，可回收煤炭420万吨，可以取得以下经济效益，按吨390元/吨计算，采出煤的产值为163800万元，加大资源回收，减少资源浪费起到了很大作用。
参考文献：
1、李化敏,刘明举,康全玉;下分层及近距离煤层回采巷道布置问题研究[J];煤矿设计;1998年06期
2、刁明富,陈丁河,王传民;下分层工作面破假顶掘进及回采技术[J];煤矿开采;2005年01期
赵科委，男，1985年3月出生，陕西鄠邑区人，2008年毕业于西安科技大学采矿工程专业，采矿工程师，现任陕西延长石油西红墩煤业有限公司工程管理副经理，从事工程管理和生产技术管理工作。邮箱：345280534@qq.com
论文作者:赵科委
论文发表刊物:《防护工程》2019年11期
论文发表时间:2019/8/29
标签：注浆论文; 围岩论文; 工作面论文; 浆液论文; 顶板论文; 巷道论文; 裂隙论文; 《防护工程》2019年11期论文;