賈華華，何廣宏

（1.山西晉煤集團(tuán)洪洞晉圣榮康煤業(yè)有限公司，山西 洪洞041600；2.山西汾西同達(dá)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司，山西 介休032000）

近距離煤層下層煤掘進(jìn)工作面受上煤層的采動(dòng)應(yīng)力及復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造等諸多因素的影響，造成下層掘進(jìn)工作面的復(fù)合頂板支護(hù)難度大、冒落控制差，對行人、運(yùn)輸、通風(fēng)等構(gòu)成很大的威脅。有關(guān)數(shù)據(jù)表明，我國煤礦近距離煤層巷道的返修率高達(dá)90%以上。近距離煤層群賦存在山西的大同、西山、霍州、汾西等煤田，采用聯(lián)合開采受到瓦斯等條件限制；上下一次同時(shí)開采，矸石含量大，不經(jīng)濟(jì)；采用放頂煤開采，冒放性差，回采率底。現(xiàn)汾西正升煤礦采用分層開采、分層布巷，近距離煤層下層煤掘進(jìn)工作面冒落問題一直困擾著現(xiàn)場施工人員。近年來，我國學(xué)者針對近距離煤層掘進(jìn)工作面冒頂事故的產(chǎn)生機(jī)理通過實(shí)驗(yàn)室建模分析和現(xiàn)場實(shí)測等手段，對近距離煤層下層煤巷道的圍巖變形破壞機(jī)理、圍巖與支護(hù)的相互作用關(guān)系以及巷道的支護(hù)特點(diǎn)與支護(hù)原則進(jìn)行了分析，確定了近距離煤層掘進(jìn)工作面合理的支護(hù)方案與支護(hù)參數(shù)，改進(jìn)掘進(jìn)工藝和光面爆破[1]。但對于近距離煤層掘進(jìn)工作面冒頂?shù)念A(yù)防分析及處理技術(shù)還有待進(jìn)一步總結(jié)。本文根據(jù)某煤業(yè)公司煤層頂板較軟、水文地質(zhì)條件復(fù)雜及近距離煤層下煤層頂板破碎等因素，針對回采巷道掘進(jìn)支護(hù)過程中巷道支護(hù)困難、易發(fā)生冒頂?shù)膶?shí)際情況，分析近距離煤層復(fù)合頂板巷道冒頂?shù)臋C(jī)理，研究近距離煤層巷道的冒頂預(yù)防分析，總結(jié)出合理的處理技術(shù)，并通過現(xiàn)場實(shí)測驗(yàn)證理論分析的可靠性，為解決嚴(yán)重冒頂安全隱患，實(shí)踐探索出一套冒頂預(yù)防及處理技術(shù)。

1 概述

某煤業(yè)公司為兼并整合礦井，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力規(guī)模為0.90 Mt/a。賦存9、10 號(hào)煤層，屬于近距離煤層群。9 號(hào)煤層位于太原組下段上部，煤層厚度0.82～1.30 m，平均1.03 m，不含夾矸，夾矸結(jié)構(gòu)簡單，厚度變化不大；頂板以石灰?guī)r、泥巖主，底板以泥巖為主。10 號(hào)煤層位于太原組下段上部，上距9 號(hào)煤層間距為2.03～6.97，平均4.89 m，煤層厚度1.65～2.80 m，平均2.19 m，含0-1 層夾矸，夾矸結(jié)構(gòu)簡單—較簡單,厚度變化不大，頂板以泥巖為主，底板以粉砂巖為主。采區(qū)巷道和回采巷道都采用煤巷布置。由于井田中部賦存一條下團(tuán)柏正斷層（斷距230 m），導(dǎo)致井田范圍內(nèi)次生小斷層、陷落柱、褶曲等地質(zhì)構(gòu)造比較發(fā)育，巷道掘進(jìn)期間遇到地質(zhì)構(gòu)造比較破碎的地區(qū)，9、10 號(hào)煤層間距太近，9號(hào)煤已開采，10 號(hào)煤層巷道復(fù)合頂板的支護(hù)效果差，冒頂嚴(yán)重。

2 掘進(jìn)工作面冒頂?shù)念A(yù)防

2.1 優(yōu)化巷道掘進(jìn)參數(shù)

（1）優(yōu)化巷道布置設(shè)計(jì)

根據(jù)采區(qū)范圍內(nèi)的地質(zhì)報(bào)告、勘探成果和采掘工程平面圖，充分考慮各種地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)劃分和采動(dòng)及應(yīng)力變化，確定采區(qū)總體布置設(shè)計(jì)和工作面規(guī)劃設(shè)計(jì)，采區(qū)采煤方式和巷道布置方向盡可能與斷層方向垂直，回采巷道盡可能與斷層方向平行錯(cuò)位布置[2]。巷道布置在穩(wěn)定的巖層中，有效避免構(gòu)造應(yīng)力對巷道掘進(jìn)和巷道后期維護(hù)的影響。

（2）優(yōu)化支護(hù)參數(shù)

根據(jù)圍巖應(yīng)力和地質(zhì)技術(shù)條件，9、10 號(hào)煤底板等距線圖并試驗(yàn)研究觀測，上層9 號(hào)煤層開采后，10 號(hào)煤的軟弱復(fù)合頂出現(xiàn)許節(jié)理多及采動(dòng)裂隙，圍巖應(yīng)力變化，使得頂板強(qiáng)度變低、破碎，使10 號(hào)煤掘進(jìn)巷的頂板發(fā)生離層[3]。因此，需根據(jù)具體情況合理地選擇支護(hù)方式、參數(shù)。

a、錨網(wǎng)支護(hù)

巷道支護(hù)一般以主動(dòng)受力的錨桿為主。煤層間距5 m 以上的巷道頂板，同時(shí)巷道頂板較破碎但能自穩(wěn)，盡可能優(yōu)化錨網(wǎng)支護(hù)參數(shù)。根據(jù)錨桿懸吊理論計(jì)算法、組合梁理論計(jì)算法、三鉸拱內(nèi)力計(jì)算法、經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算法等確定選用長度2 200 mm 的高強(qiáng)錨桿，分組對不同的錨桿參數(shù)和密度進(jìn)行錨桿支護(hù)模擬實(shí)驗(yàn)，確定錨桿間排距700 mm×700 mm；高預(yù)應(yīng)力錨桿配合強(qiáng)力W 寬鋼帶使頂板淺部煤巖層保持完整性；利用短錨索施加高預(yù)緊力，頂板5.0 m 短錨索，間距1 600 mm。形成更大的組合梁，提高頂板懸吊能力。

b、架棚支護(hù)

若根據(jù)現(xiàn)場情況開挖后就冒落，研判無法采用錨網(wǎng)支護(hù)，及時(shí)改采用架棚支護(hù)或采取錨網(wǎng)+鋼棚聯(lián)合支護(hù)。

①改變施工方法。巷道掘進(jìn)采用隧道的預(yù)留核心土法施工工藝，先從巷道左右上頂開挖，及時(shí)支護(hù)；再開挖左右腰線附近的巖石，及時(shí)支護(hù)形成有效支護(hù)，最后開挖核心土；②適當(dāng)?shù)目s小棚距：根據(jù)頂板破碎情況，經(jīng)工作阻力和巖石容重計(jì)算，并經(jīng)模擬驗(yàn)證，調(diào)整棚距降低到0.6 m 左右；③超前預(yù)加固、預(yù)支護(hù)：棚梁上打超前撞楔，進(jìn)行超前預(yù)支護(hù)；或采用管縫注漿錨桿,提前加固圍巖。圖1為煤間距3～5 m巷道支護(hù)采用“錨網(wǎng)+架棚”聯(lián)合支護(hù)，利用主動(dòng)支護(hù)和被動(dòng)支護(hù)相結(jié)合的形式，有效的控制巷道冒落、變形，增加巷道完整性。

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

2.2 地質(zhì)構(gòu)造預(yù)防措施

根據(jù)井田的地質(zhì)情況，及時(shí)選用物探技術(shù)，調(diào)查斷層、陷落柱等構(gòu)造；根據(jù)近距離煤層等厚線，確定巷道層位和支護(hù)參數(shù)；根據(jù)揭露斷層產(chǎn)狀，制定掘進(jìn)方案。

3 掘進(jìn)工作面冒頂?shù)奶幚泶胧?/h2>

3.1 架棚巷道冒頂?shù)奶幚泶胧?/h3>

（1）上覆的煤頂板較完整、煤壁不易片幫時(shí)，巷道掘進(jìn)范圍外的少量矸石或煤冒落，處理冒落頂板采用安設(shè)木垛的方法：可暫不運(yùn)出凈煤矸，人員站在靠支護(hù)完整段，用長桿清頂，及時(shí)迎坡架設(shè)支架，支架上搭設(shè)木垛并接頂，同時(shí)兩幫背板背實(shí)，支架聯(lián)鎖,以增強(qiáng)支護(hù)的整體性，見圖2。

圖2 木垛法處理冒頂斷面

（2）頂板破碎、冒頂高，采用預(yù)先或者及時(shí)控制上層頂板冒落措施，控制上部頂板的兩種方法[4]：①撞楔法。在靠近冒落區(qū)架設(shè)支架，用大錘隔200 mm間距從已支護(hù)段支架頂梁上向新架設(shè)的支架頂梁上打入一排撞楔，在超前預(yù)支護(hù)的頂板下，及時(shí)出矸，再架設(shè)下一架支架，注意迎頭兩幫和立柱窩重點(diǎn)部位加固，循環(huán)往復(fù)，直至穿越破碎帶。②提前預(yù)注漿加固法。水泥漿液通過加壓泵向掘進(jìn)前方預(yù)先鉆孔預(yù)先注漿，使松散煤巖固結(jié)成整體，待形成強(qiáng)度后，再進(jìn)行正常掘進(jìn)支護(hù)頂板，形成人工假頂。

3.2 錨網(wǎng)巷道冒頂?shù)奶幚泶胧?/h3>

巷道頂板冒落1.5 m 以內(nèi)且該處有穩(wěn)定冒落層位后，以上頂板較完整時(shí)，可考慮繼續(xù)采用原支護(hù)加密，補(bǔ)打錨索。施工前，先依次打點(diǎn)柱等臨時(shí)性的支護(hù)掩護(hù)支護(hù)人員，向冒頂頂部噴射30～50 mm厚的混凝土密封巷道頂板后，再密封上下兩幫。初次預(yù)噴的鋼筋混凝土全部凝固后，然后依次施工錨桿和錨索，再掛網(wǎng)復(fù)噴，其厚度一般不低于150 mm。如果發(fā)現(xiàn)冒頂?shù)袈涓叨却蠡蛘邿o法繼續(xù)采用錨網(wǎng)支護(hù)時(shí)，要及時(shí)改用架棚支護(hù)。

4 結(jié)語

某煤業(yè)公司經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐和反復(fù)驗(yàn)證,當(dāng)掘進(jìn)巷道工作面遇到冒頂坍塌事故及時(shí)采取以上措施,能夠有效的預(yù)先支護(hù)頂板,巷道維護(hù)成本低,加快成巷速度，為頂板破碎、冒頂事故頻發(fā)的礦井的安全、高效生產(chǎn)提供技術(shù)支持。