首页 > 论文范文 > 工程工业论文 > 工程综合论文 > 矿业工程论文 > 煤矿掘开工作面过地质冲刷带巷道支护设计与应用

煤矿掘开工作面过地质冲刷带巷道支护设计与应用

2025-05-25 40 上传者：管理员

摘要：一直以来，煤矿过各种地质构造带支护存在困难，通过采取小导管超前预注浆+锚网索+套棚+喷浆联合支护的方案去解决生产中遇到的支护困难，不仅能够提高煤矿软岩巷道掘进的工效，还能够保证人员、设备的安全。

关键词：
地质冲刷带
架棚
注浆
煤矿开采
锚网支护
加入收藏

随着中国煤矿开采的持续进行,煤矿开采所遇到的地质构造越来越复杂,不仅制约了煤矿的正常生产,同时也带来了更多的不确定性,因此如何能在复杂的地质条件下安全圆满地完成生产任务是一个重要的课题｡一煤矿井下地质条件复杂,巷道过软岩､黄色流沙土包裹岩石､地质冲刷带的情况频发,队组施工困难､进度缓慢,且安全得不到保障｡对该煤矿四采区回风大巷黏土泥岩､铝土泥岩､砂质泥岩地质情况进行研究并提出优化方案,旨在解决在软岩､陷落柱等复杂地质条件中的掘进问题,以此来达到高产高效[1-2]｡

1、四采区回风巷现状及其优化方案概述

四采区回风巷从9#煤层顶板K2灰岩中开口随后穿层掘进揭露9#煤层后沿9#煤层顶板施工,现9#煤层顶板为厚层块状K2石灰岩,但时常伴有地质冲刷带､溶洞出现｡顶板为碳质泥岩或泥岩伪顶,K2石灰岩为不易冒落的坚硬顶板,11#煤层底板为黏土泥岩､铝土泥岩或砂质泥岩;底板含铝土质泥岩遇水易膨胀变软,在掘进过程中易出现局部漏顶､巷道垮塌等情况,在传统支护中,不仅在人员操作时存在安全隐患,且难以保证巷道的稳定性,给该煤矿井下掘进作业带来了极大的困难｡面对四采区回风巷特殊的地质条件,提出新的煤矿支护方案,首先根据钻探和物探探测结果,判断出正前的岩性和含水量,提出了小导管超前预注浆+锚网索+套棚+喷浆联合支护的方案,注浆后顶板不再破碎且不易漏顶､冒顶,随后施工的锚杆､锚索的支护质量也得到了保证,提升了巷道过软岩､黄色流沙土包裹岩石､地质冲刷带的顶板支护质量｡

2、四采区回风巷优化方案设计流程

先要确定需揭露的四采区回风巷软岩巷道的位置,给技术人员提供可靠的技术参数｡在四采区回风巷正式施工开始前,技术人员需要对施工进度图､巷道剖面图进行详细绘制,绘制过程中需结合一些钻探､物探机械设备的勘测结果,具体施工方案如图1所示｡在井下施工过程中,当工作面距离地质构造带位置约30m前严格控制掘进超前钻探距离并延长10m,做好相关的准备措施｡根据钻探结果将揭露地质构造的准确位置在施工图上进行标注,当工作面通过陷落柱､软岩､黄色流沙土包裹岩石､地质冲刷带时要及时做好相关施工记录工作｡

图1地质情况的揭露流程

3、四采区回风巷支护优化方案

根据四采区回风巷优化方案设计流程制定优化支护工艺(见图2)｡四采区回风巷施工过程中采用预埋小导管､注浆和锚杆､锚索+套棚联合支护,最后进行喷浆｡

3.1施工预埋小导管

小导管采用双排布置的方式,如图3所示｡为防止串浆,采取打1排注1排的方式,首先施工1排,随后立即组织注浆,第1排到达硬化强度后再继续施工下一排小导管并注浆｡

图3小导管布置图

3.2小导管注浆

1)注浆加固的操作步骤如图4所示｡①钻孔施工采用锚杆机,注浆孔施工前先进行定位,钻孔施工完成后需立即安设注射管,之后继续循环进行施工｡②根据注浆孔设计,在距孔底1.5m左右的位置加设封孔器,进行截断工艺处理,孔口的小导管全部连通,加装孔口管阀门和调节装置,进而注浆｡③预设的所有注浆配件连接完整,管路连接必须使用专用U型卡,注浆设备及其管路连接好后必须进行压浆密封性试验,以确保注浆后巷道强度的提高,压浆密封性试验过程中需注意各物料的混合比,根据现场试验进行有效调整比例,以保证注浆后巷道强度提高｡④整个注浆过程必须严格按照试验阶段调整好的混合比推进,密切观察小导管管口情况,发现小导管膨出､小导管结合面有渗浆､巷道断面挤出､顶板来压等现象时,应该停止施工,等待排查解除隐患后再进行施工,严禁串浆施工｡⑤密切关注注浆压力波动情况､注浆量使用速率及返浆速率,以此来确定注浆的进程｡⑥进行下一个循环施工时,要防止注浆液与小导管结合的结合头固化,尽可能用洁净的清水冲洗结合头｡⑦一套注浆流程结束后,应立即清洗设备､管件､结合头,严格按照要求对注浆设备进行多次清洗和吹扫｡

2)浆液要求｡①浆液的密度｡注浆液采用超速加固材料(凯密安1号)与防尘水搅拌而成,注浆时采用先稀后浓再稀的注浆原则,这样能够确保注浆管路结合头通畅｡②浆液的黏稠度｡根据现场浆液密封性试验反流情况确定黏稠度,浆液注入流量和压力大时,适度加水对浆液进行稀释,从而降低黏稠度,反之,适度增加加固材料以提高黏稠度｡③注浆工程标准｡多项理论与实践证明,注浆压力与范围成正相关,注浆压力与裂隙充填饱满度同样呈现正相关,压力超过某限度时,可能造成冲击地压｡因此注浆压力达到要求或现场出现返浆现象时,立即停止注浆,进行下一循环,以此循环至加固全部结束｡

图4小导管注浆流程

3)技术要求｡①根据作业现场实际情况确定每孔的注浆量,施工时严格控制注浆压力,浆液全部溢流出来时,需进行下一循环或停止注浆｡②注浆时需观察注浆地段出水孔水量,出现出水孔堵塞现象需立即停止注浆,待出水孔通畅后再恢复注浆｡

3.3锚杆､锚索联合支护

巷道顶部采用Φ22mm×2400mm的高强度左旋无纵筋螺纹钢锚杆,锚杆间距900mm,排距1000mm,每排布置锚杆7根,每根锚杆配2支药卷,上部药卷型号为MSCKb2355,下部药卷型号为MSCK2355｡

两帮均采用Φ22mm×2400mm的高强度左旋无纵筋螺纹钢锚杆,间距1000mm,排距1000mm,每帮布置锚杆2根,每根锚杆配2支药卷,上部药卷型号为MSCKb2355,下部药卷型号为MSCK2355｡

顶板锚索采用Φ21.8mm×6300mm的高强度低松弛预应力钢绞线,“二·一”花形布置,间距2000mm,排距900mm,每根锚索配套使用长×宽×厚=300mm×300mm×14mm的铁板,并配套3支药卷,上部1支药卷,型号为MSCKb2355,下部2支药卷,型号为MSCK2355｡

巷道顶､帮铺设双层网,采用2000mm×1100mm的六边形金属网和2000mm×1100mm的钢筋网(六边形金属网在里面,钢筋网在外面)｡联网采用16#双股铅丝,单股对折使用,一扣拧3圈,一扣压一扣,联网距为200mm｡锚杆､锚索布置如图5所示

图5锚杆､锚索布置示意图

3.4套棚支护

采用29#U型钢拱架布置在2排锚杆之间,拱腿和拱架由4个部分组合而成,每个拱架使用4根规格为Φ16mm×1800mm的圆钢锚杆固定拱腿,拱腿和拱顶部位使用U型环､U型卡连接紧固,钢拱采用拉杆连锁(每个拱架配备U型环､卡装置6套,拉杆4套),拱架排距中至中为900mm｡拱架架设完毕后,拱架与煤(岩)壁采用1200mm×200mm×60mm砼背板密背,空帮空顶处采用Φ180mm/2×1200mm棚板､60mm×60mm×1200mm勾木､楔子盘帮勾顶,钢拱支护紧跟工作面迎头,确保顶板支护及时有效｡

3.5喷浆

喷浆技术要求:1)巷道喷浆采用C20砼,喷浆厚度150mm,基础深度为100mm｡2)C20砼原料配比｡原料体积比为V(42.5普通硅酸盐水泥)∶V(矸石砂)∶V(碎石)=1∶1.6∶1.4｡下料前进行一次搅拌,砂､碎石装车配比为8∶7(体积比)｡喷浆时,水泥和矸石砂混合料体积比为1∶3,人工搅拌不少于3次,确保搅拌均匀｡速凝剂掺量为水泥质量的3.5%~4.0%,水质要求洁净｡3)喷浆时,首先用水管冲洗岩面,保证岩面干净,然后在巷道拱顶及两帮拱基线处打眼挂线,保证喷浆质量,做到顶､帮平直｡4)喷浆时,喷头处应控制好水量,保持砼表面平整度和直线度,确保无回弹大脱落､水量大流淌现象｡5)喷浆工程完成后,要对喷浆层进行养护,每班进行洒水1次,循环1周,在4周后强度达到要求方可停止养护｡6)喷浆时每25m预留一组喷浆厚度观测孔,每组3个,正顶1个､两帮各1个(距底板1.5m),并挂牌管理｡7)喷浆完成后必须进行砼强度试验,每50m现场采样1组,样本规格为420mm×220mm×120mm,洒水养护28d后,送至专业检测机构进行强度等级鉴定｡

4、结束语

针对煤矿掘进工作面通过软岩､黄色流沙土包裹岩石､地质冲刷带等巷道地质条件复杂､易透水､易垮落的缺陷,利用钻探､物探技术对井下地质情况进行快速勘探,并采取小导管超前预注浆+锚网索+套棚+喷浆联合支护的方案提高了过陷落柱､软岩､黄色流沙土包裹岩石(地质冲刷带)巷道的支护强度,巩固了巷道围岩的稳定性,并有效保证了作业人员的安全｡

参考文献:

[1]马磊.煤矿井下过断层支护技术的优化研究[J].山东煤炭科技,2022,40(6):50-52.

[2]吉胜军.综采工作面过断层区支护优化应用[J].机械管理开发,2023,38(12):308-310.

文章来源:郝国平.煤矿掘开工作面过地质冲刷带巷道支护设计与应用[J].能源与节能,2025,(05):257-259.