劉寶玉，李國平，楊 博

(彬縣煤炭有限責(zé)任公司，陜西 咸陽 712000)

0 引言

隨著礦井開采深度的不斷增加，回采工作面地質(zhì)條件日益復(fù)雜，復(fù)合頂板、軟巖頂板、地質(zhì)構(gòu)造等情況更為常見，對礦井開采提出了更高的要求。復(fù)雜地質(zhì)條件下頂板支護(hù)更為困難，回采工作面容易出現(xiàn)冒頂，由于頂板冒落造成的人員傷亡、設(shè)備損毀、生產(chǎn)中止等事故，仍然是煤礦生產(chǎn)的主要災(zāi)害之一，特殊的地質(zhì)環(huán)境需要制定特殊的方法，才能有效減少冒頂造成的損失。

雅店煤礦1101綜采工作面架上冒頂后，頂板淋水加大，工作面處于停產(chǎn)狀態(tài)，在確保安全的前提下若沒有有效的處理方法，長時間拖延，一方面會給礦井造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，另一方面頂板裂隙水會使泥巖頂板繼續(xù)惡化，造成工作面出現(xiàn)大范圍架前冒頂現(xiàn)象。為了順利解決工作面無法推進(jìn)、快速通過冒頂區(qū)的問題，采用架前注射馬麗散加固頂板，施工超前通道的方式進(jìn)行移架推溜，既確保安全又縮短影響時間。結(jié)合礦井試驗對此施工方法進(jìn)行探討，以期取得良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。

1 工程概況

1.1 礦井概況

雅店礦井位于彬長礦區(qū)北部東側(cè)，行政劃分隸屬于陜西省咸陽市彬州市管轄，距離彬州市城區(qū)約22 km。井田西至涇河，東南及西南與胡家河井田相鄰，北以陜甘省界(四郎河)為界，井田東西長約19 km，南北平均寬約4.2 km，面積約53.056 3 km2，主采1號、4號煤層，地質(zhì)資源儲量617.64 Mt，可采儲量362.77 Mt，設(shè)計生產(chǎn)能力4.0 Mt/a，服務(wù)年限65.2 a。礦井采用立井單水平開拓[1]，中央并列式通風(fēng)方式，抽出式通風(fēng)方法，在工業(yè)場地布置主井、副井、風(fēng)井3個立井。井田共劃分為4個采區(qū)，目前開采一采區(qū)1號煤層1101綜采工作面。

1.2 工作面概況

1101綜采工作面是雅店礦井投產(chǎn)的首采工作面，也是一采區(qū)1#煤層的首采工作面。工作面北部緊鄰1102綜采工作面，西部是為整個采區(qū)服務(wù)的2條下山。1101綜采工作面走向長度3 130 m，傾向長度300 m，煤層平均厚度2.63 m，煤層埋藏深度490～750 m，工作面平均采高3.0 m，采用三巷布置，即運輸順槽、回風(fēng)順槽、泄水巷。工作面采用ZY8000/17/32D型液壓支架。

1101綜采工作面煤層偽頂多為灰黑色泥巖[2]，較松軟，易風(fēng)化破碎，為軟弱巖石，常同煤層隨采隨落，極不穩(wěn)定。直接頂板以2～3 m泥巖、砂質(zhì)泥巖為主，部分為粉砂巖，少量粗及細(xì)砂巖。煤層老頂以細(xì)、中砂巖為主，部分地段為粗粒砂巖，成分以石英、長石為主，鈣質(zhì)膠結(jié)，較堅硬。煤層底板以灰色、灰黑色泥巖及砂質(zhì)泥巖為主，部分為粉砂巖，富含植物根化石，遇水易膨脹。工作面平均涌水量400 m3/h，主要為頂板裂隙水，回采過程中頂板易冒落。

1.3 工作面出現(xiàn)的問題

1101綜采工作面機(jī)頭位置最低，回采位置在1 200 m時工作面處于俯采階段，冒頂前回采期間受機(jī)電設(shè)備影響，回采進(jìn)度較慢(平均1.5刀/天)。工作面推進(jìn)速度減小，煤壁前方煤體破壞深度和煤壁最大水平位移量變大，端面頂板破壞高度和端面頂板下沉量增加，煤壁片幫和端面冒頂?shù)母怕试龃?，加之工作面回采過程中頂板裂隙水整體流向架前、機(jī)頭位置，泥巖頂板遇水后易軟化，導(dǎo)致1#～8#支架傾斜，其中4#～7#支架上方出現(xiàn)大面積冒頂，冒落的矸石架卡支架造成液壓支架無法繼續(xù)上升且支架高度低，采煤機(jī)滾筒無法行駛至機(jī)頭位置，人工處理冒頂一方面存在安全隱患，另一方面支架高度低、頂板淋水大現(xiàn)場無施工空間。

2 支架過冒頂區(qū)施工技術(shù)措施

根據(jù)1101綜采工作面架前淋水大[3-5]、4#～7#支架架上頂板以及周邊圍巖現(xiàn)狀，首先通過向架前注射馬麗散對破碎頂板進(jìn)行超前加固[6-8]，有效控制圍巖垮落，再通過施工超前通道、擴(kuò)刷煤柱的方法對工作面冒頂區(qū)[9-13]支架進(jìn)行推移，使支架進(jìn)入完整頂板下并上升至規(guī)定高度，確保采煤機(jī)能夠安全行駛到機(jī)頭，使工作面進(jìn)入正常生產(chǎn)狀態(tài)。

2.1 馬麗散加固

馬麗散是由2種組分組成的聚亞胺膠脂高分子聚合物，用于煤巖體加固，煤層受壓出現(xiàn)片幫和冒頂時的加固。該產(chǎn)品的高度粘合力和良好的力學(xué)及物理性能保證其與松散體產(chǎn)生高度粘合。馬麗散注入巖層后，低粘度混合物保持液態(tài)幾秒鐘，滲透到細(xì)小的裂縫中，發(fā)生膨脹和粘結(jié)，從而將冒落區(qū)內(nèi)松散巖石膠結(jié)在一起，有效地加固圍巖松動圈，使之成為整體，提高了圍巖的整體承載能力，從而有效控制頂板的垮落。其特點：粘度低，能很好滲入到微細(xì)裂隙中；粘合性好、強度高，具有良好的塑性；良好的粘合能力，與松散體形成很好粘合；良好的韌性能適應(yīng)長期的地壓影響；施工快捷簡單。

為確保超前通道、煤柱擴(kuò)刷過程中頂板穩(wěn)固，從1#～10#架架前向煤壁注射馬麗散對頂板進(jìn)行充填加固。架前鉆孔分別呈60°鉆入，孔間距3 m，孔深為6 m，支架前梁上方為注射重點區(qū)域，注射馬麗散達(dá)到理想充填效果，有效加固破碎圍巖，膠結(jié)冒頂區(qū)域圍巖，使之整體化，為周邊圍巖提供支護(hù)阻力，如圖1所示。

圖1 超前加固煤壁及頂板Fig.1 Advance reinforcement of coal wall and roof

2.2 施工超前通道

從1101綜采工作面運輸順槽距煤壁3 000 mm處開始炮掘施工超前通道，超前通道為7 000 mm×2 000 mm×2 600 mm(長×寬×高)，如圖2所示。

圖2 超前通道平面Fig.2 Plane of advanced channel

超前通道采用錨桿+錨索+鋼筋網(wǎng)+16b槽鋼以及單體支柱配合鉸接梁進(jìn)行支護(hù)。通道頂板每排施工4根錨索，錨索規(guī)格為φ21.8 mm×8 000 mm、間排距500 mm×500 mm，16b槽鋼橫向連接每排錨索，槽鋼每根長2 000 mm；通道幫部采用錨桿支護(hù)，錨桿規(guī)格φ22-M24-2200，間排距700 mm×700 mm；金屬網(wǎng)規(guī)格為φ6.5 mm×1 000 mm×2 000 mm的鋼筋焊接而成。超前通道每循環(huán)施工長度不能大于600 mm，錨網(wǎng)索支護(hù)完成后必須利用單體支柱配合鉸接梁進(jìn)行支護(hù)后再進(jìn)行下一循環(huán)施工，如圖3所示。

圖3 超前通道斷面Fig.3 Section of advanced channel

2.3 擴(kuò)刷煤柱

超前通道施工完成后，沿通道走向分段擴(kuò)刷3 000 mm煤柱，煤柱擴(kuò)刷方向與運輸順槽方向垂直，由外向里依次進(jìn)行，每擴(kuò)刷600 mm為一個循環(huán)，如圖4所示。擴(kuò)刷后的煤柱頂板采用錨網(wǎng)索(錨索間排距500 mm×500 mm)進(jìn)行支護(hù)，錨索、鋼筋網(wǎng)規(guī)格同超前通道支護(hù)材料。一個循環(huán)錨網(wǎng)支護(hù)完成后，采用4.0 m長的π型梁配合4根單體支柱(即一梁四柱)對煤柱頂板進(jìn)行支護(hù)，單體支柱的間排距為1 000 mm×500 mm，π型梁架設(shè)時向支架方向伸出150 mm，架設(shè)方向與運輸順槽方向平行。對超前通道原有的單體支柱支護(hù)進(jìn)行替換時，要先架設(shè)π型梁，再拆除鉸接梁。

圖4 擴(kuò)刷煤柱平面Fig.4 Plane of expanded coal pillar

第②、③段及以后每個循環(huán)的煤柱擴(kuò)刷及支護(hù)按上述方法進(jìn)行，如圖5所示。

圖5 擴(kuò)刷煤柱斷面Fig.5 Section of expanded coal pillar

2.4 效果分析

通過注射馬麗散后，利用馬麗散膠結(jié)性強、滲透性強以及遇水膨脹倍數(shù)大、強度高等特點，待冒頂區(qū)破碎頂板穩(wěn)固，圍巖膠結(jié)密實后，再進(jìn)行刷擴(kuò)施工，未再發(fā)生冒頂事故，為安全施工提供有力保障。

超前通道施工和煤柱擴(kuò)刷完成后，一邊采用小截深割煤，回采8#～204#架，同步對1#～7#架進(jìn)行緩慢推移，使4#～7#架進(jìn)入完整的頂板下，與頂板接頂嚴(yán)實。經(jīng)過緩慢回采工作面順利渡過冒頂區(qū)，恢復(fù)正常生產(chǎn)。

3 結(jié)論

通過超前通道施工，1101綜采工作面4#～7#架順利通過了冒頂區(qū)，工作面轉(zhuǎn)入正常生產(chǎn)，施工方法簡單且安全、高效，為工作面步入正常生產(chǎn)節(jié)省了時間，為企業(yè)挽回較大的經(jīng)濟(jì)損失。此施工方法在回采工作面的成功應(yīng)用，為同類型工作面遇到同類問題提供了借鑒。