＊王 瓊

（霍州煤電集團(tuán)洪洞億隆煤業(yè) 山西 041600）

前言

基于煤礦巷道具有90%的近距離返修率這一現(xiàn)象，研究了煤層工作面近距離掘進(jìn)時下層煤的掘進(jìn)受到的幾種影響因素，如：地質(zhì)多變的構(gòu)造和采動上煤層的應(yīng)力，都會增大復(fù)合頂板的下層支護(hù)難度，獲得較差的冒落控制，嚴(yán)重威脅通風(fēng)和運輸以及行人的安全。以山西各地的煤田為例，研究了汾西和西山以及霍州和大同的煤層，近距離聯(lián)合開采的幾種限制條件：主要受瓦斯影響；不能同時開采上下煤層，會產(chǎn)生大量的矸石；若開采放頂煤，其回采率低且冒放性差。目前三交河煤礦運用的是分層布巷并分層開采，集團(tuán)屬于霍州煤電。施工人員有一個比較棘手的問題是下層煤層近距離掘進(jìn)時工作面會出現(xiàn)冒落。我國學(xué)者近幾年一直在降低冒頂事故的發(fā)生率，通過現(xiàn)場實測，分析實驗室建模，研究產(chǎn)生機(jī)理，重點分析了巷道下層近距離煤層的支護(hù)與圍巖的作用力以及破壞變形圍巖的機(jī)理，還分析了巷道的支護(hù)原則及特點，優(yōu)化了光面爆破以及掘進(jìn)工藝，最終制定了支護(hù)方案并確定了合理的支護(hù)參數(shù)。本文以某煤礦為例，結(jié)合復(fù)雜的水文地質(zhì)及頂板較軟的情況，研究了頂板在下煤層破碎的原因，總結(jié)了煤層掘進(jìn)近距離工作面出現(xiàn)冒頂?shù)募夹g(shù)處理和預(yù)防工作；分析了冒頂易發(fā)和支護(hù)巷道困難的不同情況，總結(jié)了巷道復(fù)合頂板的冒頂機(jī)理。經(jīng)實驗得出，制定的處理冒頂及預(yù)防技術(shù)，可以有效并可靠的消除冒頂?shù)碾[患問題。

1.概述

某煤礦的近距離煤層賦存是9號及10號，具備0.90Mt/a的生產(chǎn)能力。其中，煤層9號不含夾矸，厚度是0.82m至1.30m的范圍內(nèi)，煤層平均厚度是1.03m，厚度均勻，夾矸簡單，頂板包含泥巖和石灰?guī)r，而底板大部分是泥巖；煤層10號的厚度是1.65m至2.80m的范圍內(nèi)，煤層平均厚度是2.19m，夾矸層在0～1m之間，厚度均勻，夾矸簡單，頂板大部分是泥巖，底板大部分是粉砂巖。煤層10號的2.03m至6.97m是煤層9號，一般都是4.89m的間距。用煤巷布置回采及采區(qū)巷道。一條230m斷距的正斷層賦存在井田中部，會出現(xiàn)褶曲或陷落柱以及小斷層。巷道掘進(jìn)時，煤層9號開采完成，10號支護(hù)復(fù)合頂板不好，屬于破碎的地質(zhì)構(gòu)造，而且煤層9號和10號相距不遠(yuǎn)，會發(fā)生嚴(yán)重的冒頂。

2.掘進(jìn)時杜絕工作面冒頂?shù)拇胧?/h2>

(1)設(shè)置合適的掘進(jìn)參數(shù)

①重新設(shè)計巷道布置

結(jié)合采區(qū)實際的平面工程圖和勘探成果以及地質(zhì)報告，分析應(yīng)力和采動變化以及劃分水文地質(zhì)和不同的地質(zhì)構(gòu)造情況，重新設(shè)計規(guī)劃采區(qū)的工作面布置，布置錯位圖是：斷層方向一定要垂直于巷道布置與采煤方式，但要平行于回采巷道。在巖層穩(wěn)定的區(qū)域布置巷道，可以更好的維護(hù)后期巷道，減小巷道掘進(jìn)產(chǎn)生的構(gòu)造應(yīng)力。

②設(shè)置合適的支護(hù)參數(shù)

由于9號和10號煤層特殊的地質(zhì)條件及圍巖應(yīng)力，導(dǎo)致開采了煤層9號的上層后，10號的復(fù)合頂不夠堅硬，會發(fā)生采動裂隙，頂板會更加破碎，強(qiáng)度變低，掘進(jìn)巷頂板逐漸和煤層10號出現(xiàn)離層。所以，要重新設(shè)置參數(shù)，設(shè)置新的支護(hù)方式。

A.架棚支護(hù)

現(xiàn)場一旦開挖，如果只用錨網(wǎng)支護(hù)，會出現(xiàn)冒落。所以采用新的支護(hù)方式為：鋼棚與錨網(wǎng)+聯(lián)合支護(hù)或者架棚支護(hù)。

a.施工方法的改變。巷道掘進(jìn)的施工工藝是預(yù)留隧道的核心土法：巷道開挖順序是左右上頂，展開支護(hù)；然后從左右腰線開挖附近巖石，并實時支護(hù)；核心土要在最后開挖；b.棚距要相應(yīng)減少：計算破碎頂板產(chǎn)生的巖石容重及工作阻力，實驗?zāi)M現(xiàn)場，對棚距調(diào)整數(shù)據(jù)為0.6m的距離；c.超前預(yù)支護(hù)以及預(yù)加固：撞楔要超前打在棚梁上，實現(xiàn)預(yù)支護(hù)超前；錨桿用管縫注漿，實現(xiàn)圍巖提前加固，見圖1?！凹芘锛渝^網(wǎng)”的聯(lián)合支護(hù)方式要在巷道煤間距是3m至5m之間進(jìn)行支護(hù)，這種支護(hù)方式結(jié)合了主動加被動的支護(hù)模式，可以很好的防止巷道出現(xiàn)變形及冒落情況，使巷道更加完整。

圖1 煤間距3-5m采用“錨網(wǎng)+架棚”聯(lián)合支護(hù)

B.錨網(wǎng)支護(hù)

錨桿受力方式主動，所以巷道支護(hù)頻繁使用錨桿支護(hù)。但是煤層巷道的頂板間距超過5m以后，就需要重新設(shè)置支護(hù)參數(shù)，因為巷道頂板雖然能自穩(wěn)但易破碎。最終確定的高強(qiáng)錨桿長是2200mm，其計算法主要有：經(jīng)驗公式和三鉸拱內(nèi)力以及組合梁和錨桿懸吊理論等四種計算方法，進(jìn)行分組模擬實驗時，要計算各種錨桿密度及參數(shù)，來確定錨桿支護(hù)的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)：700mm×700mm的錨桿間距；短錨索1600mm間距，頂板5.0m。采用的W寬鋼帶的錨桿，具備高強(qiáng)力加高預(yù)應(yīng)力，可以保持完整的煤巖層淺部頂板；采用高預(yù)緊力的短錨索，具備的組合梁更大，可以綜合提升懸吊頂板的能力。

(2)制定預(yù)防地質(zhì)構(gòu)造的相關(guān)措施

采用物探技術(shù)了解井田地質(zhì)狀況，研究陷落柱及斷層的構(gòu)造；針對煤層近距離等厚線，重新設(shè)置支護(hù)參數(shù)并設(shè)計巷道層位；掘進(jìn)方案要依靠斷層產(chǎn)狀揭露來制定。

3.制定工作面掘進(jìn)冒頂?shù)姆桨?/h2>

(1)降低巷道架棚發(fā)生冒頂

①當(dāng)煤壁片幫情況少且煤頂板的上覆完整時，或者巷道掘進(jìn)出現(xiàn)煤冒落及少量矸石時，要安設(shè)木垛來處理頂板冒落，具體是：施工人員選擇完整的支護(hù)地段進(jìn)行站立，凈煤矸可以選擇先不往外運，先清頂，用長桿進(jìn)行，及時設(shè)立支架，選擇迎坡地段，并用木垛去接頂搭設(shè)，用兩幫背板進(jìn)行支架聯(lián)鎖，以此確保支護(hù)更具整體性，流程如圖2。

②當(dāng)冒頂高或頂板破碎時，控制頂板冒落的方式要超前對上層制定措施，對上部頂板進(jìn)行控制，具體方法有兩種：A.用預(yù)注漿的方式進(jìn)行預(yù)加固。為了把煤巖松散的狀態(tài)凝固成一個整體，就要在掘進(jìn)時預(yù)先利用加壓泵把水泥漿液注漿到前方的鉆孔，等達(dá)到強(qiáng)度后，再繼續(xù)支護(hù)頂板并正常掘進(jìn)，以此制作人工假頂。B.撞楔法。架設(shè)支架在冒落區(qū)附近，已經(jīng)支護(hù)的地段用大錘從頂梁支架上每200mm打進(jìn)一列撞楔到新支架頂梁，然后超前在頂板的預(yù)支護(hù)過程，實時出矸，接著再重復(fù)進(jìn)行下一支架。一定要反復(fù)加強(qiáng)立柱窩及迎頭兩幫的重點部位，穿越破碎區(qū)后即可停止。

(2)降低錨網(wǎng)巷道發(fā)生冒頂

巷道頂板1.5m范圍內(nèi)的冒落，具備完整的頂板，且冒落層位穩(wěn)定，此時加密形式可以用原來的支護(hù)方式，進(jìn)行錨索補(bǔ)打。施工前先用臨時支護(hù)去保護(hù)施工人員，對冒頂頂部進(jìn)行逐個打點柱，并噴射混凝土，等待厚度達(dá)到30mm至50mm范圍后，巷道頂板的上下兩幫可以密封。等待鋼筋混凝土第一次噴射的全部達(dá)到凝固后，再進(jìn)行錨桿施工及錨索，最后再進(jìn)行掛網(wǎng)，復(fù)噴厚度要超過150mm。如果掉落的冒頂高度大于1.5m，則不可以再用錨網(wǎng)支護(hù)，一定要選擇架棚支護(hù)。

4.結(jié)語

該礦巷道掘進(jìn)時，針對工作面發(fā)生冒頂?shù)那闆r，進(jìn)行了大量實驗操作，得到新的支護(hù)參數(shù)，投入到實際生產(chǎn)中，采取了新的方案和措施以后，在坍塌事故發(fā)生之前，利用頂板的預(yù)先支護(hù)措施，可以促進(jìn)成巷速度，有效的減少維護(hù)巷道的成本。經(jīng)驗證，本文的措施可以真實有效的降低冒頂事故，減少頂板破碎，加強(qiáng)礦井安全，實現(xiàn)高效生產(chǎn)。