第2期2021年2月
No.2
Feb.2021山西焦煤科技
Shanxi Coking Coal Science&Technology
・技术经验・
王杜虎
（霍州煤电集团吕梁山煤电有限公司，山西吕梁033199）
摘要木瓜矿10-201工作面在掘进期间遭遇风氧化带，其切巷断面大、顶板地质情况差，切巷的施工及支护难度较高。通过对工作面地质资料、切巷特点进行分析，利用FLAC3D软件进行围岩破坏特征数值模拟分析，确定了先“导万同”再“扩刷”的施工方法，先“超前注浆”再“长短锚索组合梁” 的支护方案。试验结果表明，该方案能够有效控制顶板变形，为切巷提供了可靠的支护效果。
关键词风氧化带；软岩大断面切巷；分次掘进；预注浆；全锚索支护
中图分类号:TD353文献标识码:B文章编号：1672-0652（2021）02-0033-03
近年来，我国煤矿智能化建设步伐不断加快，山西作为煤炭大省，智能化回采工作面的建设也已全面铺开。2019年，木瓜矿顺利实现了山西焦煤集团首批智能化回采工作面的应用，其后期的智能化连续开采任务任重道远。该矿10-201工作面作为大采高智能化工作面的衔接面，两条顺槽的后段掘进工作一直在风氧化带下进行，给切巷的施工及支护管理带来难度。因此，需研究出适用于该工作面的施工支护方案。
1工程背景
1.1工作面概况
10-201工作面位于940m水平，处于矿井二盘区准备巷道南翼的末端，临近井田边界，以北为二盘区3条准备大巷，以西为实体煤，以东、以南均靠近风氧化带，其上部均为实体煤岩层，所开采煤层为石炭系上统太原组的（9+10）#煤（合并层），煤层均厚5.8m. 电力线适配器1.2切巷支护存在难点
1）切巷断面大。10-201工作面切巷设计高度为4.4m，宽度为8.5m，巷道断面大，中部张拉应力大、顶角剪应力较大，泥岩岩体强度低，自稳能力差，泥岩厚度大，无稳定的上位岩层供锚杆悬吊使用，锚固剂锚固强度被弱化。
2）顶板地层变化复杂。10-201运输顺槽与回风顺槽在掘进过程的后期均遭遇了风氧化带，巷道围岩顶板多为灰白或黄泥岩，风氧化程度严重。所 取顶板泥岩样品强度低，可用手掰碎，且遇水后极易软化，变为泥浆。在钻孔窥视过程中多次出现塌孔现象，巷道原锚网梁（索）支护方式已不能满足支护的安全需要，变更为锚索+架棚的支护方式。
9547900
2方案的提出
2.1数值模拟
水上滚筒
针对该工作面地质情况，采用岩土工程领域常用的FLAC3D软件建立宏观采场数值计算模型，模型尺寸沿煤层倾向为20m，沿煤层走向为50m，高度为45m.模型的顶部施加均布载荷，大小为6.5MPa；模型四周采用水平位移约束，模型底面采用竖直方向位移约束，重力加速度取10m/J，侧压力系数取1.2.为模拟注浆对巷道顶板围岩的加固作用，通过顶板围岩强度系数的增加模拟围岩强度的提高。选取的岩石物理力学参数见表1-
根据工程实际开采范围，结合工程经验参数进行赋值。在计算中，各岩层均采用M o hr-Coulomb屈服准则，参考以往工程实例〔I ，分“一次性开挖大断面”
收稿日期：2020-12-16
作者简介：王杜虎（1987—），男，山西兴县人,2008年毕业于阳泉职业技术学院，工程师，主要从事煤炭开采及巷道掘进等技术研究工作（E-mail）418179720@qq
•34•山西焦煤科技2021年第2期表1模拟试验岩石物理力学参数表
岩石名称
密度
/kg/m3体积模量剪切模量内摩擦角
/（°）
黏聚力
/MPa
抗拉强度
/MPa /GPa/GPa
灰岩2400 2.1 1.426 1.30.4
砂质泥岩2500 2.3 1.625 1.40.44
泥岩2530 5.2 3.724 1.50.50
煤1400 1.30.823 1.30.39
灰岩2550 4.1 2.928 1.60.53
注浆岩体2550 5.0 3.535 2.80.70
a）无支护全断面与小断面变形破坏图、塑形区和“分段开挖小断面成巷”两种方案来进行切巷的优
化施工。同时在施工技术上分别模拟了3种支护方
案：1）切巷无支护。2）切巷顶板注浆。3）顶板注
浆+锚索支护。不同开挖方案下巷道变形量与塑性
区计算结果见图1.
从图1可以得出，裸巷全断面顶板最大变形量达
740.85mm、顶板塑性区高度达8000mm，分断面掘
进顶板最大变形量为593.18mm，顶板塑性区高度为5000mm；注浆后全断面顶板最大变形量为575.1mm、顶板塑性区高度为6000mm，注浆后分断面掘进顶板最大变形量为480.69nun，顶板塑性区高度为5000mm；注浆+支护后全断面顶板最大变形量为324.19mm、顶板塑性区高度为5000mm，注浆+支护后分断面掘进顶板最大变形量为249.97nun，顶板塑性区高度为3000mm.注浆后塑性区高度显著降低，分断面开挖的变形量也显著小于全断面掘进，由于裸巷全断面最大塑性破坏区高达8000mm，故巷道的加固区高度需大于8000nun，且在分断面掘进时顶板变形量最大区域为刷扩线偏导爾部分，此处应重点加固。
2.2顶板注浆加固设计方案
1）超前注浆孔布置和孔深。
切巷与10-201回风顺槽巷道交叉点处注浆孔间距为3m，排距为3hi.进入切巷后，注浆孔排距为3.0m，间距为2〜3m，间距随顶板岩层条件变动，在切巷开口15m内为三二布置，后期可根据顶板岩层条件调整为二二布置。注浆钻孔设计孔深为6~9m，超前注浆孔仰角45°-70°，孔径为28mm，孔深可随顶板岩层情况在6~9m内浮动变化，注浆孔剖面布置图见图2.刷扩区注浆钻孔沿刷扩帮顶交汇处向刷扩区顶板注浆，排距为1.5m，深浅孔交错布置，深孔孔深为6~ 9m，浅孔孔深为5m，注浆孔仰角为45。〜75。.
b）注浆条件下全断面与小断面开挖变形破坏图、塑形区
c）注浆+支护条件下全断面与小断面开挖变形图
图1不同开挖方式巷道变形对比图
6~9m
6~9m
亲贝2）注浆施工机具。
采用ZBQS-8.4/12.5型煤矿用双液注浆泵，注浆孔施工时采用MQT-120/2.7C
型气动锚杆钻机配
2021年第2期王杜虎：风氧化带下软岩大断面切巷的施工及支护方式选择•35•
合1.0m空心六棱钢组合钻杆加d32mm合金钢钻头。
3）注浆材料及配比。
综合考虑顶板地层条件和现场实施工艺等因素，注浆材料采用普通硅酸盐水泥浆加水玻璃，其中普通硅酸盐水泥水灰比为0.5：1〜0.8：1，可根据注浆情况现场调整最佳水灰比，但不能大于0.8：1.水玻璃的添加量为10%〜20%，不能超过20%.
4）注浆压力。注浆压力通过现场注浆试验或试验段注浆试验，注浆需要一定压力克服裂隙阻力以便浆液渗入围岩，压力又不能太大，以免破坏围岩。设 计超前预注浆压力为0.2~0.5MPa，最大不超过0.5MPa.
5）注浆量。为保证巷道围岩裂隙被充填密实，注入的浆液尽量保证裂隙充填满，原则上注到不吃浆为止。注浆量可按下述公式进行估算⑹：
Q-pR2LK ol0
式中：
Q—注浆量,n?；
TT—圆周率，取3.14;
R—影响半径，m，取1.5；
L—孔深，m，取10；
K—孔隙率，％，取0.07；
Q—填充系数，取0.9；
B—损失系数，取1.15.
经测算，注浆压力为0.2MPa时，单孔注浆量约为4t.
6）封孔长度。
封孔长度1.5叫圭寸孔40min后，进行注浆。
2.3切巷支护设计方案
在注浆基础上，切巷顶板采用长短锚索加W钢带支护形式，导碉部分巷宽5600mm，最右侧锚索距采
空区侧300mm，其余间距1000mm；扩刷部分巷宽2900mm，最左侧锚索距煤壁侧300mm，其余间距1150mm，锚索排距1m，锚索钢绞线dl8.9mm, 巷道中部5根锚索长度9000mm，两侧共4根锚索长度7300mm，锚索预紧力不小于180kN.工作面后方帮部采空区侧帮采用高强螺纹钢锚杆，煤壁侧采用玻璃钢锚杆进行支护，间距为1-5m，排距为1m，配合150mmX150mmx8mm高强度方形带拱托盘使用。顶、帮网均采用1100mmxl500mm的钢筋片网（长X宽），网孔规格为80mmx80mm，顶网竖铺，帮
tsf过载保护
图3巷道断面支护示意图
3切巷矿压监测
矿压监测主要利用KGE30B型顶板离层仪、MCL-60型锚杆（索）测力计、测线十字布点的方式进行。顶板离层仪用于监测巷道顶板在锚固范围之内与锚固范围之外的离层情况，便于尽早发现顶板失稳征兆，避免冒顶事故发生，巷道内每30m布置一个，共9个。锚索测力计用于对锚索所受载荷进行监测，便于及时掌握锚索工作状态及钢绞线与托盘的相对位移，巷道内随顶板离层仪每30m布设一组，共9组。测线“十字”布点用于巷道表面位移监测，便于对两帮相对移近量、顶底板相对移近量、顶板下沉量、底鼓等进行分析，巷道内每10m布设一组，共25组。
切巷施工共计用时57天，除了2\5\7#锚索测力计在初始安装的2天内数值有所升高外，顶板离层量、巷
道位移量均没有明显变化，而锚索测力计在此后的数值也趋于稳定。分析认为锚索测力计数值变化是受注浆压力、采动影响共同作用的影响。试验结果表明，该方案可以有效控制顶板、提供可靠的支护强度，保证切巷的顺利施工。
4结语
对于大断面的切巷施工，先小断面掘进，再进行扩刷是比较通行的做法，尤其是在风氧化顶板下的巷道掘进，“安全第一”是作为考量的首要因素。上覆岩层无稳定层位供锚杆悬吊使用，只能通过注浆的方式人工构筑稳定层，再以长短组合锚索梁支护，以保障支护效果，维护矿井安全生产。
（下转第39页
）
2021年第2期孟俊杰：连采机机械化开采回收边角煤资源技术研究
• 39 •
3.3.2运料系统
地面材料设备—崔家沟材料斜井->+610 m 运输
平巷-集中轨道巷-二采轨道巷-21011进料联巷 ―L21001材料巷（运输巷）一用料地点
3.3.3行人系统
地面-人行斜井（猴车）-+ 560 m 运输大巷（猴 车）t +560 m 行人斜巷（猴车）-二采轨道巷（猴车）
—21011进料联巷—L21001运输巷（材料巷）—工作
地点
3. 3. 4通风系统
地面_»进风井一集中轨道巷_»二米轨道巷一>■
L21001工作面进风联巷->L21001材料巷->L21001
顺槽回风联巷（回采支巷）—L21001运输巷—21011
材巷回风联巷-二采回风巷―集中回风巷一崔家沟 新风井一地面
采碉最大开采深度为6 m，采碉内主要靠扩散通
风，配合ML360连采机配置的集尘系统，对工作面含
尘气流强制性吸出，在连采机前方形成一定的负压区 域，诱导支巷风流进入采爾经由除尘风机向连采机后 部排出，从而可改善采碉通风。
3.3.5供、排水系统
供水路线：高山水池一崔家沟新风井―集中回风 巷一> 二采回风巷—21011回风联巷—>L21001工作面
排水路线:L21001工作面排水点-21011进料联
巷—二采轨道巷（水沟）—二采中部水仓—中央水仓 f 地面3.3.6 防灭火系统
从二采回风巷引入4英寸注氮管，通过21011回 风联巷进入L21001材料巷至各回采支巷，回采期间 如支巷内CO 浓度异常，达到0. 002 4%并持续升高， 则对工作面进行注氮（注氮量为231 m* 123 4
56/h ）.（上接第35页）
参考文献
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[2] 徐胜利.巷道围岩注浆加固技术在王坡煤矿的应用[J].山西煤炭,2013（7）=66-67.
[3] 刘耀月，王含梅•注浆加固技术在煤矿破碎顶板条件下的应用[J].山东煤炭科技,2018（4） =33-35.[4] 刘运虎.大采高工作面开切眼全锚索支护实践[J]*山西煤炭,2018（4）:11-24.
[5] 朱先龙，杨张杰，潘忠德，等•弱胶结富水顶板采动巷道全锚索支护技术[J].煤炭技术,2020（3）=26-30.[6]
范文生，王 众•巷道破碎顶板注浆加固技术研究[J].山西焦煤科技,2020,44（10） ：25-28+44.
汤盆支巷回采结束后两端及时封闭并在材料巷侧闭
墙处留设注氮接口。连采面1#-3\4#-7#支巷回采
结束后分别进行注氮。
4连采试验效果分析
以两渡煤业L21001连采面为例，采用“三八制” 组织作业。连采机在进行旺格维利法采煤时，把采
1个嗣室作为1个正规循环进行统计。基于连采机 机械化装备水平和现场实践，在采碉宽度3.4 m 、高 度3. 5 m （0. 3 m 厚夹石干,3. 2 m 厚煤层）、深度6 m 的 情况下，生产班每班完成3个采碉，日循环6个采碉；
支巷掘进时，掘进循环进尺2. 0 m，每班3个循环，日
掘进12 m.
4. 1 支巷掘进生产能力
循环产量二巷道宽度X 采煤高度X 煤体容重X 循
环进尺= 5.4 mx3. 2 mxl.4 t/m 3x2 m = 48. 38 t
日产量二循环产量x 日循环数量=48. 38 x 6 =
290. 30 t
月产量=日产量x 月工作天数x 循环率=290. 30x
28x0. 90 = 7 315.66 t
4. 2 采万同生产能力
采碉循环产量二采爾深度x 采碉宽度x 采煤高
度x 煤体容重=6 mx3. 4 mx3. 2 mxl. 4 t/m 3 二 91. 40 t
日产量二采碉循环产量x 日采采确数量=91.40X
6 = 548.35 t
月产量=日产量x 月工作天数x 循环率=548. 35x
28x0. 90=13 818.47 t
5结语
连采机机械化开采适用于回收矿区中赋存不连 续、形状不规则、地质构造区等特殊难采边角煤资源，
解决了因地质构造复杂、三下压煤、采煤工艺落后等 原因造成的边角煤和旧采空区遗煤资源浪费的问题,
提高资源回收率，延长矿井服务年限，保障企业可持 续发展。
豫公网安备41160202000603
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