徐 澤
(晉城煤業(yè)集團(tuán)趙莊煤業(yè),山西 晉城 048000)
趙莊煤業(yè)大采高工作面回采巷道采用多巷布置,部分巷道保留下來為下一工作面復(fù)用。復(fù)用巷道使用周期約2~3 年,需經(jīng)歷本工作面劇烈采動、下一工作面開采時一側(cè)采動和另一側(cè)采空區(qū)疊加應(yīng)力影響三個階段[1-2],礦壓顯現(xiàn)呈現(xiàn)明顯的“劇烈性”和“滯后性”。當(dāng)煤質(zhì)變軟、遇地質(zhì)構(gòu)造時,維護(hù)更加困難,復(fù)用巷道變形破壞嚴(yán)重,反復(fù)維修,影響正常生產(chǎn)和采掘銜接[3-4]。因此必須對復(fù)用巷道進(jìn)行治理,減小變形量,使巷道斷面滿足二次使用的要求。針對趙莊煤業(yè)13092 復(fù)用巷道,在研究變形規(guī)律的基礎(chǔ)上,進(jìn)行錨注加固試驗,以期為復(fù)用巷道圍巖變形控制提供參考。
趙莊煤業(yè)13092 巷為1309 工作面回風(fēng)順槽,全長約2860m,為1309 和1310 兩個工作面服務(wù)。目前1309 工作面正在回采當(dāng)中,1310 工作面尚未回采,保護(hù)煤柱寬度60m。巷道與工作面位置關(guān)系見圖1。
圖1 13092 巷與工作面位置關(guān)系圖
13092 巷為矩形斷面,凈寬5m,凈高4.5m。頂板每排5 根錨索,間距1.1m,排距0.6m,錨索長度8.4m;兩幫每排5 根錨桿,間距0.95m,排距1.2m,錨桿長度2.4m;幫錨索每排2 根,間距2m,排距2.4m,幫錨索長度5.4m。
頂板采用全錨索支護(hù),頂板下沉量在150mm以內(nèi),此次觀測主要針對巷道兩幫。在13092 復(fù)用巷道,切眼前方400m 位置起,向外布置5 組表面位移測點(diǎn),測點(diǎn)間隔50m,分別在回采進(jìn)度400m、450m、500m、550m、600m 位置,觀測范圍為工作面前方50m 至工作面后方1200m,每7d觀測一次,統(tǒng)計兩幫變形量,分析變形速度。兩幫變形量、變形速度與工作面位置關(guān)系分別見圖2(a)、圖2(b)所示。
圖2 兩幫變形曲線圖
由圖2(a)可以看出,兩幫累計移近量1203.5mm,煤柱一側(cè)變形量約900~1000mm,超過兩幫總變形量的75%。
由圖2(b)可以看出,兩幫變形速度具有明顯的分區(qū)特征:
(1)初始影響區(qū)(50m~ -200m),兩幫移近量不足150mm,變形速度平均約4mm/d;
(2)劇烈影響區(qū)(-200m~ -600m),兩幫劇烈變形,移近量約679mm,變形速度平均約12.1mm/d,在-350m ~-450m 達(dá)到峰值,平均15.3mm/d;
(3)穩(wěn)定區(qū)(-600m~ ),兩幫變形速度逐漸下降,變形量388.5mm,變形速度平均約4.6mm/d。
劇烈影響區(qū)和穩(wěn)定區(qū)變形量占兩幫總變形量的89.2%。
分析13092 巷變形規(guī)律發(fā)現(xiàn),兩幫總變形量的89.2%集中在劇烈變形區(qū)和穩(wěn)定區(qū)。劇烈變形區(qū)產(chǎn)生大變形的根本原因是一次支護(hù)強(qiáng)度不足,而穩(wěn)定區(qū)變形量較大的主要原因是圍巖破壞深度增大,一次支護(hù)錨桿索失效,圍巖喪失大部分承載能力,即使穩(wěn)定區(qū)頂板壓力降低,圍巖也無法有效承載,始終維持在相對較高的變形速度。因此,二次錨注加固的根本應(yīng)在于提高一次支護(hù)強(qiáng)度。由于錨索錨固力不足,錨注必須在初始影響區(qū)之前進(jìn)行,減小劇烈影響區(qū)巷道變形量和破壞深度,在穩(wěn)定區(qū)及時進(jìn)行二次注漿,提高殘余承載能力,使圍巖進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)。
13092 巷錨固力不足,采取先注漿、后錨索補(bǔ)強(qiáng)的方式進(jìn)行加固。
(1)鉆孔布置
采用4m、8.5m 兩個孔深交替布置,4m 孔用于封堵淺部錨桿孔等裂隙,8.5m 孔用于加固錨索錨固段范圍,均垂直于煤幫。如圖3 所示。
注漿材料選用晉煤集團(tuán)技術(shù)研究院研發(fā)的聯(lián)邦加固1 號(雙液)材料,使用水灰比0.8:1,材料1~3min 失 去 流 動 性,5~10min 終 凝,2h 強(qiáng) 度10MPa 以上,1d 強(qiáng)度16MPa 以上。
圖3 一次注漿鉆孔布置示意圖
(2)煤柱一側(cè)幫錨索補(bǔ)強(qiáng)
工作面一側(cè)考慮采煤機(jī)割煤影響,不進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng),只在煤柱一側(cè)進(jìn)行幫錨索補(bǔ)強(qiáng)。布置方式:① 在原兩排錨索正中補(bǔ)打一排錨索,補(bǔ)打錨索每排3 根,新補(bǔ)打的一排錨索之間使用1 根鋼筋托梁連接在一起。② 在原錨索兩根之間正中位置再補(bǔ)打1 根錨索,最終形成“三三三三三”錨索布置形式,補(bǔ)強(qiáng)錨索長度8.4m。如圖4 所示。
實(shí)施順序:超前工作面50m 進(jìn)行,先進(jìn)行注漿,再進(jìn)行錨索補(bǔ)強(qiáng),錨固力仍不足時配合注漿加長錨固法提高錨固力。
在穩(wěn)定區(qū)進(jìn)行,采用12m 一個孔深進(jìn)行加固,鉆孔上、下排,矩形布置。下排孔開孔高度距離底板2m,仰角0°,上排孔開孔高度距離底板3m,仰角5°,孔深12m,孔徑42mm。
注漿材料選用晉煤集團(tuán)技術(shù)研究院研發(fā)的聯(lián)邦加固(單液)超細(xì)注漿材料。材料20~30min 失去流動性,可以保證較深鉆孔下漿液在裂隙中充分?jǐn)U散,60~80min 初 凝,360min~480min 終 凝,1d 強(qiáng)度16MPa 以上,3d 強(qiáng)度25MPa 以上,加固后能夠顯著提高圍巖強(qiáng)度。
二次注漿在工作面后方600m 以外進(jìn)行。
圖4 幫錨索補(bǔ)強(qiáng)示意圖
(1)注漿加固區(qū)域與未注漿加固區(qū)域相比,呈現(xiàn)相似的規(guī)律,也分為初始影響區(qū)(50m~ -200m)、劇烈影響區(qū)(-200m~ -600m)和穩(wěn)定區(qū)(-600m~)。
(2)注漿區(qū)域巷道兩幫最終變形量598mm。其中初始影響區(qū)變形量122mm,占比20%;劇烈影響區(qū)變形量441mm,占比74%,最大變形速度12mm/d;穩(wěn)定區(qū)變形量35mm,占比6%。如圖5所示。
(3)與未錨注區(qū)域相比,兩幫總變形量減小50%。其中,初始影響區(qū)減小2%,劇烈影響區(qū)變形量減小20%,穩(wěn)定區(qū)減小28%??梢钥闯觯淮五^注加固顯著減小了劇烈影響區(qū)內(nèi)圍巖變形,并對穩(wěn)定區(qū)圍巖變形起到了控制作用,穩(wěn)定區(qū)二次注漿后,變形速度快速減小,圍巖快速進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)。
圖5 注漿后兩幫變形曲線圖
(1)大采高工作面復(fù)用巷道變形規(guī)律具有明顯的滯后性和劇烈性,根據(jù)變形速度大小,依次可以劃分為初始影響區(qū)(50m~ -200m)、劇烈影響區(qū)(-200m~ -600m)、穩(wěn)定區(qū)(-600 ~)。劇烈影響區(qū)和穩(wěn)定區(qū)變形量占兩幫總變形量的89.2%。
(2)提出二次錨注加固方案。一次錨注加固在初始影響區(qū)之外進(jìn)行,目的是提高一次支護(hù)強(qiáng)度,減小劇烈影響區(qū)圍巖破壞深度;二次注漿加固在穩(wěn)定區(qū)進(jìn)行,目的是提高殘余承載能力,使圍巖進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)。
(3)采用二次錨注加固方案后,兩幫最終變形量598mm。與未錨注方式相比,兩幫總變形量減小50%,其中,劇烈影響區(qū)和穩(wěn)定區(qū)減小48%。