掘进巷道应力区煤壁片帮治理技术

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2021年第1期
张 楠：掘进巷道应力区煤壁片帮治理技术
收稿日期
2020-07-30作者简介 张楠（1989—），男，辽宁铁岭人，毕业于辽宁工程技术大学采矿工程专业，本科，助理工程师，现就职于山西潞安集团左权五里堠煤业有限公司生产技术部，从事技术管理工作。

掘进巷道应力区煤壁片帮治理技术
张 楠
（山西潞安集团左权五里堠煤业有限公司，山西 晋中 032600）
摘 要 针对1102运输巷掘进期间煤壁出现严重破碎、片帮现象，五里堠煤矿提出了“注浆加固+迈步式桁架锚杆支护+矩形型钢棚”等联合控制技术，巷帮最大片帮深度控制0.3 m 以下，最大片帮高度控制0.5 m 以下，取得了显著应用成效。

关键词 掘进；片帮；治理
中图分类号 TD353 文献标识码 B doi:10.3969/j.issn.1005-2801.2021.01.026
Treatment Technology of Coal Wall Spalling in Stress Area of Driving Roadway
Zhang Nan
(Zuoquan Wulihou Coal Industry Co., Ltd., Shanxi Lu'an Group, Shanxi Jinzhong 032600)
Abstract : In view of the serious broken coal wall and sheet side phenomenon during the excavation of the 1102 transport roadway, the joint control techniques such as "grouting reinforcement + stepping truss bolt support + rectangular steel shed" were put forward in Wulihou Coal Mine. The maximum depth of roadway side is controlled below 0.3 m and the maximum height of roadway side is controlled below 0.5 m, which has achieved remarkable application results.
Key words: excavation; coal wall spalling; treatment
1 概况
山西潞安集团左权五里堠煤业有限公司1102运输巷位于上组煤胶带下山北侧，工作面东部为1101工作面，西部为实体煤，切眼北部50 m 外为同煤层CK4采空区。

1102运输巷掘进煤层为石炭系3#煤层，煤层平均厚度为1.13 m ，施工区域煤层倾角在-2°~ -6°范围，巷道断面为矩形断面，掘宽×掘高=4.5 m ×2.6 m ，巷道沿3#
煤层底板进行掘进，巷道设计长度为495 m 。

1102运输巷直接顶主要以炭质泥岩以及K8砂岩混合岩层为主，平均厚度7.2 m ，基本顶主要以砂质泥岩为主，平均厚度为11.2 m 。

1102运输巷采用EBZ260型掘进机掘进，已掘进560 m ，掘进至557 m 处巷道成型差，直墙处片帮严重，片帮深度达1.2 m ，局部区域直墙与拱部交界处出现冒漏现象。

传统锚杆支护效果差，无法
满足巷道安全快速掘进需求。

地测科提供资料显示，巷道掘进至580~610 m 段将揭露四条断层，断层均为逆断层，断层平均落差为1.2 m ，平均倾角为42°。

2 运输巷片帮原因
（1）地质构造影响。

1102运输巷受断层群影响，巷道顶板整体稳定性降低，巷道在掘进过程中顶板裂隙发育，局部区域破碎、断裂，形成构造应力、掘进应力等集中应力卸压带，在卸压过程中对巷帮煤壁产生一个斜向下的剥离作用力，导致帮部煤壁片帮。

（2）支护强度不足。

1102运输巷巷帮采用长度为1.8 m 、直径为20 mm 单锚杆支护。

现场观察发现巷道两帮受集中应力作用后两帮煤柱内产生围岩松动圈，且在对拉应力作用下两帮产生移近现象，导致巷帮往里1.5 m 范围煤岩体成破碎状。

采用单锚杆支护时，锚杆锚固端位于应力影响区，锚杆锚固效果差，而且锚杆安装后长期在对拉应力作用下削弱了锚杆预紧强度，巷帮锚杆失效现象严重。

（3）煤岩体稳定性差。

1102运输巷掘进煤层
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2021年第1
期
厚度为1.13 m ，巷帮岩体为煤柱、泥岩、K8砂岩混合层，在应力作用下煤体与岩体交界处产生卸压裂隙带，由于煤体的抗压强度相对较低，裂隙向煤体内部延伸发育，煤体破碎垮落，导致煤体上部岩体出现失稳，从而导致巷帮煤柱从底部向上部逐渐剥离片帮现象。

3 运输巷片帮治理
3.1 注浆加固
（1）通过对巷帮片帮、破碎煤体现场数据采集发现，巷帮内煤体破碎后裂隙带高度发育，且裂隙带宽度不足0.2 mm ，裂隙延伸长度达3.0 m 。

采用传统的硅酸盐水泥进行注浆加固时，水泥粒径较大，无法对裂隙带充分填充、渗透，达不到预期注浆加固效果，所以决定采用高性能无机注浆材料作为注浆液。

（2）高性能无机注浆材料平均粒径5~12 μm ，可渗入渗透系数为10~4 cm/s 的粉细砂岩中。

该化学材料流动度高，在静止状态下扩展深度达1.6 m 。

该化学材料在外加剂（减水剂、早强剂各1%）作用下凝固时间为1.5 h 。

（3）采用手持式钻机在每侧巷帮施工一排注浆钻孔，钻孔深度为2.5 m （大于松动圈范围），钻孔间距为3.0 m ，钻孔施工在距巷道底板1.0 m 处，如图1。

钻孔施工完后对钻孔进行注浆，注浆压力为1.5 MPa。

图1 1102巷煤壁片帮治理技术施工平面示意图
3.2 迈步式桁架锚索支护
为了降低剪切应力对巷帮产生剪切破坏作用，提高巷帮支护质量，在巷帮处施工迈步式桁架锚索支护。

（1）每侧巷帮共计施工两排桁架锚索支护，第一排施工在距巷道顶板2.0 m 处，第二排施工在距顶板0.7 m 处，两排桁架支护呈迈步式布置。

（2）1102运输巷施工的桁架锚索支护主要由两根恒阻锚索、一根桁架拉杆组成。

恒阻锚索长度为3.5 m ，直径为21.8 mm 。

桁架拉杆长度为2.0 m ，主要由两根直径为30 mm 、长度为0.8 m 圆杆、一
根张拉器以及一块由6 mm 钢筋焊接的钢筋网组成，钢筋网长度为1.2 m ，宽度为0.5 m 。

（3）首先在巷帮指定位置施工两个锚索钻孔，钻孔深度为3.2 m ，两根锚索钻孔与巷帮成75°夹角对称布置。

钻孔施工时根据现场巷帮收缩、片帮情况适当调整钻孔角度。

（4）锚索钻孔施工完后，对钻孔内锚注锚索，锚索外露长度为0.15 m 。

两根锚索施工完后，在其外露端安装桁架拉杆，并对拉杆圆杆进行对拉预紧，确保拉杆对锚索产生一个横向拉力。

3.3 安装矩形钢棚
为了进一步提高巷道顶板、巷帮整体稳定性，在断层群应力区处架设密集矩形钢棚，如图2。

（1）为了增加钢棚对顶板支护截面积，防止传统钢棚受力时对顶板产生切顶破坏作用，1102运输巷安装矩形钢棚顶梁采用梯形双槽钢顶梁。

槽钢长度为4.2 m ，宽度为0.15 m ，梯形顶梁宽度为0.5 m 。

为了防止钢棚受力后棚腿出现受力折断、变形现象，采用U29型钢作为棚腿，棚腿长度为2.6 m ，棚腿与顶梁之间采用卡缆进行固定。

（2）1102运输巷掘进至570 m 处滞后工作面5 m （565 m 处）开始架设矩形钢棚，钢棚架设间距为1.0 m 。

钢棚架设时保证棚腿与巷帮预留间隙在0.2~0.3 m 范围内，并采用水泥背板进行填充。

钢棚架设后保证顶梁与顶板接触严实，并在相邻两架钢
棚棚腿之间安装一组防倒拉杆。

图2 1102运输煤壁片帮联合治理技术施工断面示意图
4 结束语
（1）通过对巷帮煤柱采用高性能无机注浆材料进行加固，对巷帮煤柱围岩松动圈内破碎煤岩体进行了加固，控制了松动圈范围进一步扩大，提高了煤体抗压强度及韧性，提高了锚杆锚固效果。

（2）对巷帮施工桁架锚索支护，不仅增加了巷帮煤柱支护强度，而且通过桁架锚索支护作用对
（下转第79页）
79 2021年第1期姚俊彪：11102综采面回撤期间顺槽漏顶的现场处置
在末采期间加强对主辅回撤通道联巷、胶回两顺槽顶板支护，同时可采取单体架棚、注马丽散等补强支护。

（2）做好顶板层间距探测及岩性分析，当顶板岩性发生变化时，需及时优化支护参数及支护方式。

（3）采、掘技术员要时刻深入现场，做好技术管理与现场指导、支护质量检查验收等工作。

（4）做好巷道支护优化设计工作，保证支护设计满足现场要求，加大对采、掘工作面工程质量、支护质量等的检查力度，保证现场支护达标。

（5）加强现场监管力度，发现现场支护不到位，立即责令停产并进行整顿。

4 结语
通过分析11102综采工作面回撤期间顺槽漏顶的原因，采用综合治理措施，研究了预防工作面回撤期间的漏顶措施，保证了综采工作面搬家倒面及采掘作业的正常进行，为今后安全生产及事故处理积累了宝贵经验。

【参考文献】
［1］白金海.综采工作面回撤通道局部漏顶原因分析及处理意见[J].石化技术，2020，27（02）：
257+259.
［2］陈树涛.新桥煤矿2304轨道巷顶板高冒区治理技术[J].煤炭科技，2019，40（06）：64-66.
［3］赵俊杰.综采工作面漏顶处理技术研究[J].石化技术，2019，26（11）：341+345.
［4］赵树宇.沙坪煤矿近距离煤层开采顶板管理研究[J].煤炭工程，2018，50（S1）：68-72.
［5］张鑫升.沙坪煤矿1805综采工作面漏顶处理技术[J].煤炭工程，2018，50（S1）：76-78.
［6］廉强.综采工作面过漏顶区方法的探讨[J].矿业装备，2018（05）：114-115.
［7］韩勤.综放工作面漏顶、片帮机理分析及防治措施研究[J].山东煤炭科技，2018（03）：32-
34+36.
（上接第74页）
4 结语
强矿压显现是威胁孤岛综采工作面安全回采的重要因素，8102综放工作面回采期间，在上覆集中煤柱应力区的影响下，矿压显现明显。

针对这一难题，提出优化工作面支护工艺，采取在工作面顺槽施工卸压钻孔、在地面施工定向钻孔对压力集中区域进行卸压。

目前，该工艺应用效果良好， 8102综放工作面回采期间，巷道围岩稳定，顺槽顶板及巷帮变形较小，安全生产得到了有效保障。

【参考文献】［1］孙清祥.巷道掘进期间过上覆煤柱压力区的实践探讨[J].神华科技，2019，17（05）：32-34.［2］杨存智，卻宝厚，薛天虎.极近距离特厚煤层顶板水压致裂技术应用[J].煤炭技术，2019，38（05）：
127-128.
［3］宋桂军，杨增福.21306综采面过上覆煤柱动载矿压机理与防治技术[J].陕西煤炭，2015，34（06）：
4-7.
［4］吕银锁.复合顶板煤巷在上覆煤柱受压区域的支护初探[J].同煤科技，2013（01）：21-23.
［5］周鹏举.受上覆煤层开采影响工作面及巷道矿压特征研究[D].安徽：安徽理工大学，2010.
（上接第76页）
破碎煤体内产生垂直向里的被动作用力，该作用力可削弱煤体内部向外的对拉应力破坏作用，提高了巷帮煤柱成型率，降低了两帮移近量。

（3）对巷道应力区架设矩形钢棚，进一步提高了应力区围岩整体稳定性，减少了顶板垂直应力下两帮煤柱传递作用，提高了煤柱支撑强度，降低了剪切应力对煤柱破坏作用。

（4）现场观察发现，1102运输巷巷帮片帮、破碎区采取联合控制技术后，巷帮片帮深度降低为0.3 m，片帮高度降低为0.5 m ，两帮移进量降低为0.42 m，保证了巷道安全快速掘进。

【参考文献】
［1］李晓林.掘进巷道冒顶区域注浆封堵充填加固技术[J].煤，2020（06）：35-36.
［2］王力.大断面软岩巷道掘进煤帮片帮防治探究[J].
煤矿现代化，2020（03）：160-162+165.
［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（03）：108-110.
［4］刘振伟.煤巷片帮分析及解决方法[J].内蒙古煤炭经济，2019（09）：139-141.
［5］边天亮.矩形巷道掘进中脆性煤壁片帮机理研究[J].中国煤炭工业，2019（04）：60-62.。