石掖市石掖礦采空區(qū)的探測(cè)分析

石掖市石掖礦采空區(qū)的探測(cè)分析

石溝嶺煤礦是一座已有70多年的開采歷史的煤礦，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為90萬噸/a?，F(xiàn)掘進(jìn)的上部猴車巷是一條為礦井輔助運(yùn)輸服務(wù)的開拓巷道,巷道標(biāo)高+920～+870m,布置在3#煤層中,埋深143m,距該巷道0～40m有一條為礦井服務(wù)的舊總回風(fēng)巷。在猴車巷掘進(jìn)過程中,揭露出17條空巷和1個(gè)舊法房柱式開采的老空區(qū),其中1條做風(fēng)橋通過,其余16條老巷頂板完整,采用錨桿加固空巷兩幫及頂板砌墻通過;但舊法房柱式采空區(qū)頂板破碎嚴(yán)重,采用原設(shè)計(jì)的“錨網(wǎng)噴+錨索”已不能滿足支護(hù)要求。因此提出了過舊法采空區(qū)的“大高度密集金屬支架+大厚度料石砌墻”支護(hù)方案,并配合注漿加固塌落大塊碎石的整體設(shè)計(jì)方案,有效地解決了巷道塌落和圍巖變形的嚴(yán)重問題,取得了良好的技術(shù)效果。1巷道圍巖布置猴車巷設(shè)計(jì)長(zhǎng)度318m,過采空區(qū)段32m,巷道為凈斷面4m×3.5m矩形斷面,斷面面積14m2,設(shè)計(jì)采用錨網(wǎng)噴聯(lián)合支護(hù),巷道沿煤層頂板布置。在巷道掘進(jìn)過程中揭露的17條空巷,與猴車巷呈45～80°傾斜相交,距貫通點(diǎn)50m處遇到煤房采空區(qū)。采空區(qū)未塌實(shí),空頂高度達(dá)7～10m,采空區(qū)向北偏西方向延伸,界線清晰,直接頂已經(jīng)破碎,自下而上破碎塊度漸大,與采空接頂?shù)拇髩K巖石已發(fā)生斷裂離層。2采空區(qū)的問題2.1地質(zhì)及相關(guān)數(shù)據(jù)資料此采空區(qū)為解放前小煤窯開采后所留,由于采過時(shí)間較長(zhǎng),沒有留下詳細(xì)的地質(zhì)及相關(guān)數(shù)據(jù)資料。現(xiàn)僅知道舊法房柱式開采只回采頂層煤,采高2.5m左右。2.2探孔的初步探測(cè)因采空區(qū)范圍不清,因此必須對(duì)采空區(qū)進(jìn)行探測(cè)分析。根據(jù)礦井開采歷史所留資料和以往遇到的相同情況對(duì)比分析,舊法房柱開采的范圍一般為20～25m的矩形。為了準(zhǔn)確掌握采空區(qū)的實(shí)際范圍,在與其相鄰的回風(fēng)斜井聯(lián)絡(luò)巷和舊總回風(fēng)巷中打鉆探孔進(jìn)行探測(cè),見圖1。實(shí)測(cè)的探孔數(shù)據(jù)資料見表1。根據(jù)所打探孔測(cè)得的數(shù)據(jù)得出結(jié)論為:采空區(qū)巷道掘進(jìn)方向長(zhǎng)度為32m左右。2.3老頂分層厚度通過對(duì)已掘5m巷道收集數(shù)據(jù)分析,采空區(qū)上方老頂已有1～4處的離層,離層厚度達(dá)200～400mm。根據(jù)公式對(duì)采空區(qū)頂板進(jìn)入斷裂帶的老頂分層進(jìn)行計(jì)算。其計(jì)算公式如下:Hi≥M?[∑li?1Hi(K1?1)+h(Kz?1)]+2Ηi≥Μ-[∑li-1Ηi(Κ1-1)+h(Κz-1)]+2;式中:Hi為由下而上第i層老頂分層的厚度,m;M為煤層采高,m;K1為老頂及其附加巖層的巖石碎脹系數(shù),取1.15～1.33;殘余碎脹系數(shù)取1.1;h為直接頂厚度,m;Kz為直接頂巖層的巖石碎脹系數(shù),取1.33～1.5;殘余碎脹系數(shù)取1.1。根據(jù)此段巷道掘進(jìn)揭露采空區(qū)和其附近的鉆孔資料可知,式中:采高M(jìn)=2.5m;直接頂為頁巖h=0m;由下而上的老頂分層厚度為:頁巖4.39m,砂質(zhì)頁巖4.4m,中砂巖9.03m。得出以下結(jié)論:頂板中老頂?shù)诙臃謱?.4m厚的砂質(zhì)頁巖進(jìn)入斷裂帶。但由于采空已有60年以上,塌落的及進(jìn)入斷裂帶頂板巖石已發(fā)生風(fēng)化,巖層中的層理已經(jīng)發(fā)育,導(dǎo)致頂板巖石發(fā)生離層增多現(xiàn)象。3比較方案3.1解決方案3:斷續(xù)44#采空區(qū)段從揭露的采空區(qū)分析,前方采空區(qū),碎石已充填滿,傳統(tǒng)的掘進(jìn)方法會(huì)使上方的石塊繼續(xù)向下塌落,第一方案擬采取繞道布置巷道方案,即繞過采空區(qū)。根據(jù)1～4#鉆孔測(cè)得的數(shù)據(jù)值,巷道沿掘進(jìn)方向左幫采空區(qū)范圍最大不超過3m,而且采空區(qū)長(zhǎng)度20余m,長(zhǎng)度范圍也較短。與舊總回風(fēng)間的實(shí)體煤還有28m,其中可以布置巷道。從空巷位置向后退20m,由巷道左幫開口繞行掘進(jìn)。擬布置巷道,見圖2。繞道方案可以避開采空區(qū)中,降低掘進(jìn)風(fēng)險(xiǎn)和成本,加快掘進(jìn)速度。但將被迫改變?cè)O(shè)計(jì)巷道方向,給設(shè)備安裝后續(xù)工程帶來諸多不利影響。3.2巷道布置平面布置因所掘巷道是一條為礦井輔助運(yùn)輸服務(wù)的開拓巷道,設(shè)備安裝為架空乘人器,安裝及規(guī)范使用要求巷道必須平直。若在巷道中布置一個(gè)繞道,在今后的使用過程中,設(shè)備的運(yùn)行磨損增大,而降低使用年限。為了設(shè)備的安全、可靠、高效地運(yùn)行,決定采用第二方案,即取直巷道加固掘進(jìn)。4為不同的砂漿加固和聯(lián)合防護(hù)技術(shù)而設(shè)計(jì)的技術(shù)4.1噴射混凝土巷道現(xiàn)采用馬麗散注漿加固配合大高度密集金屬支架料石砌墻過采空區(qū)。同時(shí)對(duì)支護(hù)設(shè)計(jì)進(jìn)行了變更。采用傳統(tǒng)的工字鋼梯形棚對(duì)巷道進(jìn)行支護(hù),料石砌墻350mm,表面再噴射混凝土100mm,巷道表面經(jīng)噴射混凝土封閉起到加固的作用,墻體強(qiáng)度增加。這樣巷道掘進(jìn)最大寬度達(dá)5.6m,高度為4m?？紤]到巷道斷面大,并且在采空區(qū)下,工字鋼棚距由原來的800mm變?yōu)楝F(xiàn)在設(shè)計(jì)的200mm,頂、幫安裝混凝土蓋板,對(duì)工字鋼棚與料石墻中間進(jìn)行充填充實(shí)。4.2預(yù)應(yīng)力錨索注漿注漿1)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)查看在巷道頂板破碎處采用風(fēng)鉆或錨桿鉆機(jī)打孔,孔徑為42～45mm,孔深4m(4個(gè)孔),30°角打孔,打孔完工后,開始注漿。2)在巷道頂夾角處鉆機(jī)打孔,孔徑為42～45mm,孔深4m,間距1.5m,30°角打孔,打孔完工后,封口器放在1.5m處,開始注漿(馬麗散)。鉆孔布置可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況決定。3)在巷道垮落區(qū)采用羅克休充填,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況以充實(shí)垮落區(qū)為好,在清矸過程中要及時(shí)架棚支護(hù)。4)清矸完工后,采用馬麗散進(jìn)行超前加固?？讖綖?2～45mm,孔深4～6m,鉆孔布置可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況決定。5馬麗散加固后的棚壓生此巷施工掘進(jìn)遇采空區(qū)開始的5m,沒有使用馬麗散進(jìn)行加固,其頂板變形量達(dá)20～40mm以上,施工過程中已出現(xiàn)兩架棚壓垮的現(xiàn)象,使用馬麗散加固后,掘進(jìn)速度大大加快。巷道掘通后,對(duì)聯(lián)合支護(hù)段取5個(gè)點(diǎn)進(jìn)行了定點(diǎn)觀測(cè),