李生亞

（汾西礦業(yè)集團(tuán)水峪煤業(yè)，山西 孝義 032300）

隨著煤礦采掘工作機械化、智能化水平的不斷提高，安全生產(chǎn)形勢也持續(xù)向好發(fā)展。但是由于各類主客觀方面的原因，煤礦各類安全生產(chǎn)事故尤其是頂板事故也較為多發(fā)常見。據(jù)統(tǒng)計，我國煤礦頂板事故造成的傷亡人數(shù)約占煤礦傷亡事故的40%，而頂板事故又有約八成是發(fā)生在回采工作面。因此，關(guān)于工作面的頂板管理工作必須引起高度重視，尤其是在地應(yīng)力較高、頂板較破碎、過地質(zhì)構(gòu)造等特殊條件下，更應(yīng)提升工作面的頂板管理及支護(hù)標(biāo)準(zhǔn)[1-4]。本文以汾西礦業(yè)集團(tuán)中興煤礦2208 工作面的破碎頂板為工程背景，分析其頂板管理難點及支護(hù)要點，制定馬麗散注漿加固方案，并在工程現(xiàn)場進(jìn)行具體實施。

1 工程概況

2208 工作面是中興煤礦二采區(qū)的首采面，工作面走向長度1 050 m，傾向長度180 m；主采2#煤層，煤層結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定，屬于中等至復(fù)雜煤層；煤層厚度變化較大，介于1.5 m～2.2 m 范圍，平均厚度1.9 m；煤層傾角變化也較大，介于4°～25°，平均12.5°。地質(zhì)說明書顯示，煤層直接頂為1.2 m 厚的黑頁巖，水平層理發(fā)育，較破碎，然后為1.1 m 厚的煤層及1 m厚的砂質(zhì)泥巖，裂隙發(fā)育，共同組成煤層的直接頂；老頂為3.2 m 厚的砂質(zhì)泥巖，分布穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)較完整；直接底為2.6 m 厚的灰褐色砂質(zhì)泥巖，遇水易膨脹。工作面主力液壓支架架型為ZF3200/12/29，采用走向長壁后退式采煤法，綜采工藝，自然垮落法管理頂板。

相較一些孤島開采工作面來說，2208 工作面邊界條件相對優(yōu)越，其中工作面北部是尚未開采的第三采區(qū)，南部是已回采完畢的一采區(qū)工作面采空區(qū)，東部為井田邊界，西部為二采區(qū)接續(xù)工作面，尚未進(jìn)行采掘工作。但也存在一些不利的方面，如首采面礦壓顯現(xiàn)特征、頂板特點、地應(yīng)力參數(shù)不明確等，尤其是煤層頂板條件較差，頂板管理難度大。

2 典型頂板事故調(diào)研及分析

2208 工作面在前期推采過程中，發(fā)現(xiàn)工作面直接頂強度低，原生裂隙發(fā)育，在采掘擾動及工作面超前支承壓力的影響下，直接頂煤巖呈現(xiàn)破碎化。前期回采過程中，割煤過后，一旦支護(hù)不及時，破碎圍巖就有可能發(fā)生架前漏冒，形成不同類型的冒頂片幫事故，處理難度極大。尤其是當(dāng)工作面推進(jìn)至約900 m處時，恰逢工作面過斷層及周期來壓疊加，工作面礦壓顯現(xiàn)較為劇烈，頂板變得極為破碎，工作面大范圍出現(xiàn)冒頂片幫，尤其是40#～45#架附近、60#～65#架附近、75#～78#架附近、95#～115#架附近（如圖1 所示）均出現(xiàn)了高度達(dá)1.5 m 以上的冒頂，局部冒頂高度達(dá)3 m 以上，整個工作面大部分出現(xiàn)1m 以上的片幫，致使工作面機道被矸石堵塞，采煤機、液壓支架均無法工作，工作面停產(chǎn)，冒頂處理工作面臨巨大困難。

圖1 2208 工作面大范圍冒頂片幫范圍示意圖

對工作面大范圍冒頂片幫的原因及處理難點進(jìn)行分析：

1）工作面地質(zhì)條件較差。2208 工作面處于一個整體的背斜構(gòu)造中，中間又被數(shù)條斷層所切割，尤其是工作面后半段煤層傾角超過25°，工作面為大傾角仰采，仰采過程液壓支架頂梁對頂板所能施加的向前推力有限，加之煤層頂板為軟弱的頁巖及泥巖，裂隙極發(fā)育，端面破碎煤矸易在重力影響下落入架前機道，造成冒頂片幫。

2）周期來壓及工作面過斷層疊加。本次冒頂事故發(fā)生在工作面過斷層及周期來壓期間，過斷層期間頂板本身就已十分破碎，來壓顯現(xiàn)及動壓所形成的高地應(yīng)力，又使淺部煤巖體受深部煤巖體變形擠壓，迅速發(fā)生塑性破壞，向采場涌出，造成冒頂片幫。

3）常規(guī)冒頂處理手段操作難度大、效果差。由于工作面處于斷層線附近，液壓支架前方及上方均為極破碎的煤矸，常規(guī)的接頂措施無法實施，而且清理完下部已冒落煤矸，上部碎矸石又迅速落下，造成更大范圍的冒頂，上方空頂面積進(jìn)一步擴大，無法實施接頂作業(yè)。

3 馬麗散注漿加固方案設(shè)計及施工

針對此次冒頂事故，礦方多次組織搶險作業(yè)，使用了木垛接頂、打貼幫柱、掛金屬網(wǎng)、注水泥砂漿等方案，但均以失敗告終，基于馬麗散注漿材料的膨脹及速凝特性，后決定使用馬麗散注漿方案對冒頂區(qū)域進(jìn)行充填加固處理。

3.1 馬麗散注漿加固特點及適應(yīng)性分析[5-7]

注漿加固對破碎圍巖適應(yīng)性極強，能夠迅速將破碎巖石進(jìn)行膠結(jié)，形成具有承載性能的結(jié)構(gòu)。本工作面采用馬麗散注漿材料，注漿液在注漿泵的壓力下可沿煤巖層裂縫延展直到將所有裂隙充填；當(dāng)漿液遇水后繼續(xù)產(chǎn)生關(guān)聯(lián)反應(yīng)，發(fā)生膨脹，在膨脹壓力的作用下產(chǎn)生二次滲壓（膨脹倍數(shù)為20 倍～25 倍），高壓推力與二次滲壓將馬麗散壓入并充滿所有縫隙，從而達(dá)到止漏目的。除了止漏，馬麗散還可將碎巖石進(jìn)行膠結(jié)，形成穩(wěn)定的巖體結(jié)構(gòu)，膠結(jié)后的巖體擠壓、沉降、穩(wěn)定，開始具備承載性能，形成承載拱式結(jié)構(gòu)，上部巖石不再冒落，作業(yè)安全性也得到提升，即可將已冒落的碎煤矸進(jìn)行清理，直至機道清理干凈，然后可在臨時支護(hù)的掩護(hù)下進(jìn)行接頂作業(yè)，進(jìn)而可逐步拉移液壓支架，使工作面推過斷層破碎帶。

3.2 馬麗散注漿方案及參數(shù)設(shè)計

設(shè)計在40#～45# 架、60#～65# 架、75#～78# 架、95#～115#架前方及上方實施馬麗散注漿加固，采用雙排注漿孔方案，下邊一排在支架前梁以下1m 處斜向上方打設(shè)，上邊一排在煤壁與頂板夾角處斜向上方打設(shè)，仰角設(shè)計為30°，可根據(jù)現(xiàn)場具體情況稍作調(diào)整?？咨钤O(shè)計為6 000 mm，水平間距4 000 mm，封孔1 500 mm，鉆孔直徑38 mm，鉆孔布置如圖2 所示。馬麗散樹脂和催化劑配合比，體積比為1∶1，質(zhì)量比為1∶1.17，設(shè)計注漿壓力8 MPa～12 MPa，注漿量根據(jù)冒頂范圍和嚴(yán)重程度而定。

圖2 2208 工作面注漿方案設(shè)計示意圖

4 工程實踐

按照所涉及的方案進(jìn)行施工，流程包括打眼→安設(shè)注漿管→接注漿泵→連接馬麗散樹脂和催化劑→注漿→加壓→沖洗設(shè)備管路→完成注漿，注入量、注入壓力應(yīng)自小到大，當(dāng)進(jìn)漿量和注漿壓力達(dá)到設(shè)計效果時，則可停止注漿，壓注一定量的清水，然后拆卸注漿管，用水沖洗各種機械進(jìn)行保養(yǎng)。

實施注漿后，立即對工作面機道內(nèi)煤矸進(jìn)行清理，大塊巖石由人工破碎或制定專項爆破方案進(jìn)行破碎，然后對工作面三機設(shè)備進(jìn)行檢查維護(hù)后啟動割煤循環(huán)。經(jīng)過5 個割煤循環(huán)后，采煤機已割至前方完整煤體，冒頂區(qū)域已甩至支架頂梁及頂梁后方，現(xiàn)場觀測之前前梁上方及前方的頂板已趨于完整，工作面順利推過斷層影響區(qū)，未發(fā)生新的冒頂事故，安全生產(chǎn)得到了保障。

5 結(jié)語

端面煤巖體冒頂是采煤工作面常見的頂板事故，嚴(yán)重的大范圍冒頂處理難度大，容易引發(fā)次生的安全事故，必須引起高度重視。本文針對中興煤礦2208 工作面的一次典型冒頂片幫事故，在分析冒頂特點、原因及處理難點的基礎(chǔ)上，設(shè)計了馬麗散注漿加固方案，并成功用于工程實踐，保障了處理冒頂事故期間的安全、順利作業(yè)，實現(xiàn)了預(yù)期目的，保障了安全生產(chǎn)。