李 偉

（晉煤集團(tuán)趙莊二號(hào)井，山西 長(zhǎng)治 046600）

1 工程概況

趙莊二號(hào)井1305 采煤工作面位于趙莊二號(hào)井東盤區(qū)，走向長(zhǎng)660 m，傾向長(zhǎng)160 m，煤厚5.8 m。工作面裝備7LS7-LWS923 電牽引雙滾筒采煤機(jī)，采高3.85～6.365 m；中部選用ZY13000/28/63D 型支架，控頂距4950～5750 mm，支架全部使用電液控制系統(tǒng)進(jìn)行控制。由于工作面采高較大，生產(chǎn)過程中出現(xiàn)片幫、漏頂問題，制約采面生產(chǎn)。因此，需要對(duì)回采工作面煤壁片幫、頂板漏頂原因進(jìn)行分析，并采取針對(duì)性的防治措施，確保采面生產(chǎn)安全。

2 煤壁片幫、漏頂原因分析及注漿時(shí)機(jī)確定

2.1 大采高工作面煤壁片幫、漏頂原因

1305 工作面在通過JDX16 陷落柱后的回采過程中，工作面40～70#架、80～100#架范圍內(nèi)不同程度出現(xiàn)煤幫松軟片幫情況，并伴有局部漏矸現(xiàn)象。82～90#架煤幫片幫嚴(yán)重，片幫深度達(dá)到0.8～1.2 m，頂板大量漏矸，平均在0.8 m?，F(xiàn)場(chǎng)采用人工掏煤幫方式，掏出空間后拉架維護(hù)頂板，嚴(yán)重制約正常生產(chǎn)。

結(jié)合地質(zhì)條件分析，1305 工作面煤壁片幫、漏頂現(xiàn)象原因主要有以下三點(diǎn)：

（1）地質(zhì)條件因素

1305 工作面80～100#架處煤層為軟煤區(qū)，煤層節(jié)劈理發(fā)育，煤層松軟破碎。直接頂為厚10.78 m粉砂質(zhì)泥巖，巖層強(qiáng)度不高。

（2）設(shè)備因素

采煤機(jī)震動(dòng)易導(dǎo)致片幫。80～100#架區(qū)域割下部煤時(shí)，采煤機(jī)震動(dòng)導(dǎo)致煤幫劈幫，頂煤從架前漏空，上部直接頂破碎漏頂，且多為50～300 mm 塊狀碎矸，大塊矸較少，架前頂板無法自行穩(wěn)定，直至漏矸處堆成錐形堵住漏矸處。

（3）采動(dòng)影響

在1305 工作面開采推進(jìn)過程中，受采動(dòng)影響，圍巖支承應(yīng)力不斷變化，礦壓顯現(xiàn)劇烈[1]。頂板易形成懸臂梁結(jié)構(gòu)進(jìn)而發(fā)生破斷[2]，周期來壓步距在18 m，在80～100#支架來壓明顯，來壓時(shí)支架阻力最高達(dá)到42 MPa，動(dòng)載系數(shù)為1.5，支架活柱累計(jì)壓縮量為0.4～0.6 m，此時(shí)煤壁就可能出現(xiàn)片幫、漏頂問題[3]。

2.2 注漿加固時(shí)機(jī)確定

注漿加固是防治煤壁片幫、頂板漏頂?shù)某Ｓ眉夹g(shù)手段，注漿加固主要作用是改善煤、巖體力學(xué)性質(zhì)，增加煤、巖體移動(dòng)時(shí)的阻力。通過注入的漿液粘結(jié)、凝固作用，使得破碎煤、巖體再次膠結(jié)，封閉煤巖體間裂隙，防止水、空氣等進(jìn)入，減少水、空氣對(duì)煤巖強(qiáng)度影響[4]。

圖1 1305 采面超前壓力分布情況

在采動(dòng)以及超前壓力影響下，煤、巖體內(nèi)部的孔隙率增加，發(fā)育的裂隙為注漿漿液擴(kuò)展提供了通道。若裂隙不發(fā)育，孔隙率過低，則容易引起注漿困難，因此，需要合理地選擇注漿時(shí)機(jī)[5]。具體1305 采面注漿時(shí)機(jī)選取應(yīng)根據(jù)采面裂隙發(fā)育情況、超前支承壓力分布以及注漿可注性確定。1305 采面超前壓力分布情況如圖1 所示。

從圖中可以看出，超前支承壓力影響范圍為采面前方55 m，劇烈影響范圍為采面前方20 m，支承壓力峰值位于采面前方9 m 處。根據(jù)采面超前支承壓力分布情況，按照應(yīng)力值大小可具體分為4 個(gè)區(qū)域，具體各個(gè)區(qū)域的范圍劃分、裂隙發(fā)育以及煤體可注性分析結(jié)果見表1。

表1 不同區(qū)域注漿可注性分析

從表中可以看出，在采面前方20～55 m 范圍內(nèi)進(jìn)行注漿加固較為合適，但是距離采面過遠(yuǎn)時(shí)裂隙擴(kuò)展性較差。因此，最終確定的注漿時(shí)機(jī)為采面前方20～40 m 范圍。

3 注漿鉆孔布置設(shè)計(jì)

大采高回采工作面生產(chǎn)任務(wù)繁重，采面內(nèi)設(shè)備以及人員數(shù)量多，就注漿效果而言在采面內(nèi)布置走向注漿鉆孔效果最佳，但是深孔注漿設(shè)備多、工序繁雜，注漿會(huì)給采面正常生產(chǎn)帶來影響。綜合考慮，決定在回采巷道內(nèi)布置傾向鉆孔進(jìn)行注漿，即注漿鉆孔方向與采面方向垂直，具體如圖2 所示。

圖2 傾向注漿鉆孔布置示意圖

3.1 注漿參數(shù)

在1305 采面回采巷道內(nèi)施工的注漿鉆孔深度為60 m，具體1305 回風(fēng)巷、進(jìn)風(fēng)巷內(nèi)各提前采面300 m 施工注漿鉆孔，但不注漿，待到最佳注漿時(shí)機(jī)后，用高壓注漿泵對(duì)注漿鉆孔進(jìn)行注漿。在回采巷道內(nèi)布置的兩排注漿鉆孔孔徑為75 mm，間距為10 m，成三花眼布置方式。下排鉆孔位于底板上方1 m 處，傾角1°，上排鉆孔距巷道底板3 m，傾角2°。具體鉆孔布置方式如圖3 所示。

圖3 回采巷道內(nèi)注漿鉆孔設(shè)計(jì)示意圖

3.2 注漿材料

注漿采用加固1 號(hào)（水灰比=0.6:1），漿液的擴(kuò)散半徑可以達(dá)到5～8 m，同時(shí)注漿加固后煤體強(qiáng)度得以提升，可以滿足提升煤、巖體強(qiáng)度目的。注漿時(shí)注漿壓力選取為20～25 MPa。

3.3 注漿系統(tǒng)

回采巷道內(nèi)深孔注漿設(shè)備及注漿系統(tǒng)如圖4所示，包括兩個(gè)型號(hào)QB260 攪拌桶，1 臺(tái)型號(hào)ZBYSB190/32-55 高壓注漿泵，1 個(gè)盛漿泵及輔助的高壓注漿軟管、混合器等。在具體注漿時(shí)，一般區(qū)域注漿壓力選擇為20～25 MPa，當(dāng)煤巖體較為破碎或者注漿時(shí)漏漿嚴(yán)重情況下可以將注漿壓力降低至15～20 MPa。

圖4 注漿系統(tǒng)構(gòu)成

3.4 其他輔助措施

（1）控制采面端面距，提高支架工作阻力，便于及時(shí)維護(hù)采面頂板，保持液壓支架和圍巖穩(wěn)定。采煤機(jī)割煤后及時(shí)伸出前梁擋板支撐煤壁。

（2）適當(dāng)提升采面回采推進(jìn)速度，強(qiáng)化現(xiàn)場(chǎng)頂板及煤壁管理，將頂板漏頂或者煤壁片幫控制在萌芽階段。

4 效果分析

4.1 注漿量

在1305 采面進(jìn)、回風(fēng)巷內(nèi)均施工13 個(gè)注漿鉆孔，總鉆進(jìn)深度分別為1530 m、1510 m，消耗注漿材料分別為245 t、232 t。其中進(jìn)風(fēng)巷， 5 號(hào)注漿孔注漿量達(dá)到32 t；回風(fēng)巷單孔平均注入注漿材料重量為17 t，8 號(hào)注漿鉆孔注漿量達(dá)到26 t。

4.2 效果考察

在回采巷道內(nèi)進(jìn)行的60 m 注漿段共耗時(shí)12 h，注漿未對(duì)采面正常生產(chǎn)帶來影響。采面回采推進(jìn)至注漿加固范圍內(nèi)時(shí)，大部分區(qū)域內(nèi)煤壁較為平直，頂板完整性較好，采面在注漿加固區(qū)域內(nèi)回采時(shí)共出現(xiàn)1 次小規(guī)模片幫，深度在800 mm；2 次漏頂，漏頂量均在1000 mm 以內(nèi)。相對(duì)于未采取注漿時(shí)，采面注漿加固后較加固前煤壁片幫以及頂板漏頂發(fā)生率降低80%以上，現(xiàn)場(chǎng)取得顯著應(yīng)用效果。具體注漿前后采面回采時(shí)煤壁對(duì)比情況如圖5 所示。

圖5 注漿效果

5 結(jié)語(yǔ)

（1）根據(jù)1305 采面開采時(shí)引起的超前支承壓力分布情況、裂隙擴(kuò)展情況等確定注漿加固時(shí)機(jī)，超前采面20～40 m 范圍時(shí)注漿加固效果較為明顯。

（2）根據(jù)采面生產(chǎn)情況，將注漿鉆孔布置在回采巷道內(nèi)，確定了注漿鉆孔參數(shù)、注漿量。

（3）注漿完成后，采面煤壁片幫及頂板漏頂情況得以顯著改善，相對(duì)于注漿前，注漿后的回采工作面煤壁片幫、頂板漏頂發(fā)生率降低幅度達(dá)到80%以上，確保了1305 大采高回采工作面的生產(chǎn)安全。