王文杰

（山西省晉神能源有限公司，山西 忻州 036500）

0 引 言

綜采工作面遇到斷層、褶曲、風(fēng)氧化帶等構(gòu)造帶時(shí)，頂板都會(huì)不同程度地破碎，易發(fā)生漏頂事故，嚴(yán)重威脅到礦井的安全生產(chǎn)。因此，長(zhǎng)期以來(lái)，對(duì)綜采工作面過(guò)構(gòu)造帶技術(shù)的研究，對(duì)控制工作面破碎頂板起到了積極的作用，為保障礦井安全生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。張敦喜等[1]在新型碳纖維無(wú)機(jī)復(fù)合注漿材料研發(fā)基礎(chǔ)上，針對(duì)工作面過(guò)斷層提出了巷道內(nèi)平行鉆孔遞進(jìn)式注漿和鉆場(chǎng)內(nèi)集中布孔注漿工藝；祁建兵等[2]從爆破理念、工具及工程質(zhì)量管控三方面創(chuàng)新，提出了綜采工作面過(guò)構(gòu)造期間的快速回采方案；蘇利文[3]采用膨脹劑+劈裂機(jī)綜合脹裂技術(shù)破碎硬巖，解決了工作面過(guò)構(gòu)造帶時(shí)采煤機(jī)截割巖體難的問(wèn)題；王震[4]分析了煤層沖刷帶對(duì)工作面瓦斯涌出的影響，提出了工作面過(guò)沖刷帶時(shí)瓦斯防治補(bǔ)充措施；韋慶亮等[5]通過(guò)建立工作面斷層區(qū)頂板的彈性深梁力學(xué)模型，對(duì)其頂板應(yīng)力分布規(guī)律進(jìn)行分析，提出了深淺分帶剛?cè)狁詈献{的圍巖控制技術(shù)；劉洪飛[6]對(duì)綜采工作面頂板破碎時(shí)現(xiàn)場(chǎng)控制與管理方案進(jìn)行了總結(jié)。

淺埋深綜采工作面頂板厚度薄，在遇到構(gòu)造帶時(shí)，地表松散層易隨著漏頂處灌入綜采工作面內(nèi)，給綜采工作面過(guò)構(gòu)造帶造成極大困難。因此，針對(duì)河?xùn)|煤田北部區(qū)域淺埋深、頂?shù)装鍘r性弱的特點(diǎn)，以沙坪煤礦1805綜采工作面為研究對(duì)象，對(duì)發(fā)生漏頂事故的原因進(jìn)行了分析，對(duì)發(fā)生漏頂后的處理方案進(jìn)行了總結(jié)，并制定了淺埋深綜采工作面快速通過(guò)風(fēng)氧化構(gòu)造破碎帶的預(yù)注漿技術(shù)措施，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果良好。

1 概 況

沙坪煤礦井田位于河?xùn)|煤田北部，井田范圍內(nèi)共有6個(gè)可采煤層，包括8、9、10、11、12、13號(hào)煤層，可采儲(chǔ)量3.9億t，礦井核定生產(chǎn)能力為3.0 Mt/a，服務(wù)年限為119.5 a，煤層平均傾角3°。沙坪煤礦1805綜采工作面位于8號(hào)煤層，地面標(biāo)高1 000—1 111.2 m，煤層底板標(biāo)高為956.84～966.37 m，上覆基巖和表土層厚度33.63～154.36 m。綜采工作面凈寬238.8 m，工作面推進(jìn)長(zhǎng)度639 m，煤層厚度為3.3～3.5 m，平均厚度為3.4 m。

該工作面煤層偽頂為炭質(zhì)泥巖，厚度0～0.15 m，局部發(fā)育，有黑色炭質(zhì)泥巖，局部賦存一層約0.05 m白色粘土巖，開采時(shí)隨著落煤而垮落；直接頂為深灰色，泥質(zhì)膠結(jié)的泥巖，平均厚度為5.6 m，局部夾有粘土巖；老頂以中粗粒砂巖為主，裂隙不發(fā)育，抗壓強(qiáng)度15.8～29.0 MPa，平均22.3 MPa；抗拉強(qiáng)度1.3～3.5 MPa，平均2.5 MPa。直接頂、老頂采用放頂煤開采時(shí)均能冒落。

該工作面輔運(yùn)巷掘進(jìn)至490 m位置時(shí)揭露出風(fēng)氧化帶。風(fēng)氧化帶范圍內(nèi)頂板破碎、煤體松軟。

1805工作面在通過(guò)風(fēng)氧化帶的過(guò)程中，推進(jìn)至距切眼81 m位置時(shí)，工作面111～115號(hào)支架發(fā)生局部漏頂，冒落范圍長(zhǎng)8.75 m，冒落高度5～7 m。冒落區(qū)域大量碎塊泥巖和黃土落入運(yùn)輸機(jī)內(nèi)，造成運(yùn)輸機(jī)被壓死無(wú)法啟動(dòng)。工作面布置如圖1所示。

圖1 工作面布置示意圖Fig.1 Schematic layout of working face

2 淺埋深綜采工作面漏頂原因分析

（1）頂板巖性分析。該工作面距機(jī)尾50 m范圍內(nèi)存在風(fēng)氧化帶，影響推進(jìn)長(zhǎng)度約135 m，且風(fēng)氧化帶和頂板泥巖風(fēng)化潮解，尤其遇水后極不穩(wěn)定，構(gòu)造區(qū)域煤質(zhì)疏軟，硬度、粘結(jié)度低，多為高灰煤，采煤機(jī)通過(guò)時(shí)常伴隨漏煤、漏矸。

（2）設(shè)備老化。該工作面液壓支架為北京支架廠生產(chǎn)的ZY8000/20.5/40型掩護(hù)式支架，自建礦以來(lái)使用至今，設(shè)備老化，存在跑冒滴漏現(xiàn)象，在拉架過(guò)程中動(dòng)作緩慢，對(duì)工作面頂板支護(hù)不及時(shí)；刮板運(yùn)輸機(jī)自建礦以來(lái)使用至今，設(shè)備老化，運(yùn)輸機(jī)鏈條磨損嚴(yán)重，運(yùn)輸能力下降。

（3）補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)措施不到位。在巷道掘進(jìn)過(guò)程中對(duì)構(gòu)造揭露以后，未及時(shí)采取相應(yīng)的預(yù)注漿措施，預(yù)防措施不到位。

3 工作面漏頂治理方案

3.1 工作面頂板補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)

工作面發(fā)生漏頂后，必須及時(shí)控制漏頂面積。因此，在漏頂區(qū)域頂板穩(wěn)定后，在距漏頂區(qū)域兩側(cè)支架前梁間隙施工錨索進(jìn)行鎖口，防止漏頂區(qū)域進(jìn)一步擴(kuò)大。設(shè)計(jì)在107～111號(hào)和115～119號(hào)支架間，每架施工1根錨索，每側(cè)施工4根錨索，將漏頂區(qū)域周邊的直接頂錨固在上層穩(wěn)定圍巖，錨索規(guī)格φ17.8 mm×8 000 mm，錨固長(zhǎng)度1 200 mm，使用CK23600 mm樹脂2支。隨著工作面推進(jìn)逐步縮小鎖口范圍，直到頂板完整后停止錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)。

補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)設(shè)計(jì)圖Fig.2 Design of reinforcement support

鎖口錨索施工結(jié)束后，由于構(gòu)造帶及周邊圍巖裂隙發(fā)育，為確保工作面推進(jìn)過(guò)程中，能夠安全快速推進(jìn)，設(shè)計(jì)對(duì)漏頂區(qū)域兩側(cè)向工作面頂板施工鉆孔，注入高分子材料馬麗散進(jìn)行加固，提升漏頂區(qū)域煤壁和頂板的穩(wěn)定性。注漿孔設(shè)計(jì)深度為6 m，每推進(jìn)4 m進(jìn)行一次注漿，并根據(jù)漏頂區(qū)域范圍變化調(diào)整注漿孔位置，確保能對(duì)漏頂區(qū)域附近頂板圍巖和松軟煤壁形成有效加固，待煤壁和頂板圍巖穩(wěn)定完整后停止注漿。

3.2 清理冒落矸石

在清理運(yùn)輸機(jī)機(jī)道內(nèi)冒落矸石前，須確保支架護(hù)幫板支護(hù)到位，將支架和運(yùn)輸機(jī)閉鎖后再進(jìn)行作業(yè)，做好人員和物資保障工作。

在清理運(yùn)輸機(jī)機(jī)道內(nèi)冒落矸石的過(guò)程中，只能清理漏頂區(qū)外側(cè)頂板完好區(qū)域矸石。具體是將大塊石頭通過(guò)人工搬到運(yùn)輸機(jī)煤壁側(cè)，作業(yè)過(guò)程中，要派專人觀察漏頂區(qū)域頂板狀況，防止頂板發(fā)生二次漏頂和頂部碎石滑落砸傷工作人員。

當(dāng)碎石清理到一定程度運(yùn)輸機(jī)可以啟動(dòng)時(shí)，停止人工清運(yùn)，通過(guò)運(yùn)輸機(jī)將機(jī)道內(nèi)剩余碎石拉出，待機(jī)道內(nèi)矸石清空后，將支架上方矸石緩慢放出，將破碎頂板全部放出后再用采煤機(jī)將工作面煤壁前的碎石依次掃到運(yùn)輸機(jī)拉出。

當(dāng)工作面運(yùn)輸機(jī)內(nèi)出現(xiàn)大塊石頭時(shí)，采取風(fēng)鎬或放炮方式進(jìn)行破碎，之后啟動(dòng)運(yùn)輸機(jī)。

3.3 恢復(fù)生產(chǎn)

為保證工作面正常推進(jìn)，保證支架及運(yùn)輸機(jī)能夠及時(shí)前移，采用單向割煤方式進(jìn)行推進(jìn)。

割煤：煤機(jī)從機(jī)頭向機(jī)尾方向采用單向割煤，割煤時(shí)前后滾筒只割底刀，煤機(jī)走到機(jī)頭割完三角煤后，向機(jī)尾方向返空刀，對(duì)工作面進(jìn)行掃底。

移架：在煤機(jī)返回機(jī)尾時(shí)，從漏頂區(qū)域的機(jī)尾側(cè)采用單架依次順序移架，在移架過(guò)程中保證運(yùn)輸機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，若停機(jī)，必須停止移架工作。

推溜：在煤機(jī)向機(jī)尾方向掃底完畢并移架完成后，開始進(jìn)行推溜，要求運(yùn)輸機(jī)彎曲段滯后煤機(jī)不得小于21 m，保證運(yùn)輸機(jī)正常運(yùn)行。

在工作面推進(jìn)時(shí)，要確保正規(guī)循環(huán)作業(yè)，加快工作面推進(jìn)速度，減小超前支撐壓力對(duì)前方頂板的破壞，同時(shí)要做好對(duì)設(shè)備的檢修工作，避免支架出現(xiàn)跑冒滴漏現(xiàn)象，保證支架初撐力，確保安全通過(guò)構(gòu)造區(qū)域。

4 過(guò)構(gòu)造帶預(yù)注漿措施

為確保今后再遇到類似構(gòu)造帶時(shí)能夠安全快速的通過(guò)，避免漏頂事故發(fā)生，設(shè)計(jì)了綜采工作面過(guò)構(gòu)造帶預(yù)注漿方案。

4.1 工作面注漿加固方案

注漿孔采用“三花孔”布置，孔距為3 m，平孔與頂孔交替布置。注漿孔施工角度根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況確定。馬麗散的注漿比例為1∶1。工作面內(nèi)注漿孔布置方案如圖3所示。

圖3 工作面內(nèi)注漿孔布置方案Fig.3 Layout scheme of grouting hole in working face

4.2 巷道兩幫加固方案

為保證運(yùn)輸巷在工作面推進(jìn)過(guò)程中頂板安全，需對(duì)巷道兩幫及頂板進(jìn)行加固。此段區(qū)域補(bǔ)強(qiáng)維護(hù)工作，必須在工作面距風(fēng)氧化帶20 m前完成，防止超前應(yīng)力對(duì)此區(qū)域內(nèi)的煤、巖造成再次破壞。

（1）在巷道兩幫風(fēng)氧化帶揭露區(qū)域，提前注馬麗散加固。注漿孔布置參數(shù)、布置方式與工作面孔布置方式相同。施工位置有兩種：一是沿著風(fēng)氧化帶走向布孔；二是從巷道煤壁打孔，找到風(fēng)氧化帶位置，進(jìn)行布孔，如圖4所示。如以上任何一種方式效果不佳，可兩種方式結(jié)合使用。

圖4 運(yùn)輸巷注漿鉆孔布置方案Fig.4 Layout scheme of grouting drilling in transportation roadway

（2）順槽與風(fēng)氧化帶交叉點(diǎn)承壓三角煤柱加強(qiáng)支護(hù)，如圖5所示。由于此處煤體與風(fēng)氧化帶夾角較小，受集中應(yīng)力及采動(dòng)影響，極易片幫垮落，一旦片幫會(huì)導(dǎo)致此處空頂面積增大，因此有必要采取加固措施。除去注漿加固外，考慮在此處施工幫錨桿進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)，先打錨桿后注漿。

圖5 交叉點(diǎn)承壓三角煤柱支護(hù)示意圖Fig.5 Schematic diagram of pressure-bearing triangular coal pillar support at intersection

5 結(jié) 語(yǔ)

針對(duì)河?xùn)|煤田北部區(qū)域淺埋深、頂?shù)装鍘r性弱的特點(diǎn)，以沙坪煤礦1805綜采工作面為研究對(duì)象，對(duì)該工作面遇到斷層、風(fēng)氧化帶等構(gòu)造帶時(shí)發(fā)生漏頂事故的原因進(jìn)行了分析，在發(fā)生漏頂后及時(shí)采取了相應(yīng)的治理措施，實(shí)踐證明該方案能有效控制頂板漏頂范圍，確保工作面安全生產(chǎn)。通過(guò)實(shí)施綜采工作面預(yù)注漿措施，實(shí)現(xiàn)了安全快速的通過(guò)構(gòu)造帶，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果良好。