鄧強(qiáng) 周忠國(guó) 張孟軍 劉建 丁正付 文志祥

（四川省華鎣山煤業(yè)股份有限公司綠水洞煤礦，四川華鎣 638600）

0.引言

隨著礦井開采水平向深部延深，煤層傾角增大，加之地質(zhì)條件復(fù)雜和煤層賦存條件變差，煤層松軟、厚度頻繁變化、具有突出危險(xiǎn)性，對(duì)實(shí)施綜合機(jī)械化開采提出了更加嚴(yán)格的要求[1-6]。礦井+150m水平以上剩余煤炭資源主要分布在313、312、322、321、325、327采區(qū)，其中313、312、321、322、325采區(qū)煤層起伏變化都較大，312采區(qū)受陷落柱影響較大、327采區(qū)煤層傾角達(dá)到70°以上，且322采區(qū)已開采至邊界，各采區(qū)形成新的回采工作面時(shí)均會(huì)遇到煤層傾角增大、煤層厚度起伏變化、煤層增厚、工作面收斂變形、瓦斯地質(zhì)條件變差、煤層自燃等情況，現(xiàn)有回采工藝、設(shè)備、治災(zāi)手段等都將不再有利于回采，若不能正常回采，將連續(xù)影響多個(gè)采區(qū)、多個(gè)工作面的接替，導(dǎo)致礦井年生產(chǎn)能力大幅下降。綠水洞煤礦回采的3251南采煤工作面，從北向南采用俯偽斜綜合機(jī)械化開采需通過(guò)傾向裂隙1條、垮落區(qū)3個(gè)、煤層分岔帶2段、煤層松軟帶3段、機(jī)風(fēng)巷收斂變形走向長(zhǎng)度約400m、煤厚超過(guò)采高走向長(zhǎng)度約300m，面臨液壓支架和刮板輸送機(jī)下滑嚴(yán)重、機(jī)械設(shè)備故障率高、采高超高接頂困難、工作面底板推底、采空區(qū)浮煤容易自燃、開采安全威脅程度高、開采成本高等難題。

1.技術(shù)方案

針對(duì)礦井遇到此類地質(zhì)條件和煤層賦存情況的采煤工作面，若重新配置1套全新的適應(yīng)性裝備則需一筆較大投資，面臨采煤工作面出現(xiàn)局部段（沿走向或傾斜方向影響）煤層松軟且厚度增厚，甚至局部地段超過(guò)了現(xiàn)有配套液壓支架的最大支撐高度，在利用現(xiàn)有裝備條件下，采取適當(dāng)留設(shè)底煤開采的方式解決。若底煤留不住發(fā)生推底，則采取提溜墊架的方式，在確保液壓支架有效接頂?shù)那疤嵯掠行蚪M織推進(jìn)，遇斷層等地質(zhì)構(gòu)造帶采取提前工程治災(zāi)、超前治理，確保采煤工作面煤壁側(cè)頂板不垮冒，斷層等構(gòu)造段支護(hù)有效、可靠，確保采面后續(xù)安全穩(wěn)步推進(jìn)。

2.關(guān)鍵技術(shù)

2.1 預(yù)抽與注漿加固松散煤巖體

（1）預(yù)抽煤層瓦斯。采取向松軟厚煤層內(nèi)施工密集鉆孔，通過(guò)預(yù)抽煤層瓦斯，引起煤層收縮變形，增加煤層透氣性和煤的堅(jiān)固性系數(shù)。

（2）注漿加固。對(duì)煤層松軟采用注漿管注漿加固，快速加固松散煤巖體使其形成整體。采用注漿加固技術(shù)，可達(dá)到改善圍巖力學(xué)性質(zhì)，增強(qiáng)圍巖整體性，控制圍巖變形的效果。采用注漿管注漿，可利用漿液封堵圍巖的裂隙，隔絕空氣，防止圍巖風(fēng)化，防止圍巖被水浸濕而降低圍巖的本身強(qiáng)度。注漿管注漿后將松散破碎的圍巖膠結(jié)成整體，提高了巖體的內(nèi)聚力、內(nèi)摩擦角及彈性模量，從而提高了巖體強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)利用圍巖本身作為支護(hù)結(jié)構(gòu)的一部分。注漿漿液在泵壓作用下，不但可以將相互連通的巖體裂隙充滿，同時(shí)在壓力的作用下還可將充填不到的封閉裂隙和孔隙壓縮，從而對(duì)巖體整體起壓密作用。壓密作用的結(jié)果是使巖體的彈性模量提高，強(qiáng)度也相應(yīng)提高。通過(guò)注漿加固使斷層破碎帶中的煤巖層松散層黏結(jié)成整體，并形成較高的抗壓強(qiáng)度，回采時(shí)不易掉頂和冒頂，給安全回采提供可靠保障。注漿加固方案為采用全液壓坑道式鉆機(jī)施工鉆孔后，在孔內(nèi)下注漿管（包括篩管），然后進(jìn)行封孔，最后通過(guò)注漿泵將礦用無(wú)機(jī)加固雙組份速凝材料通過(guò)鉆孔注入。注漿工藝：準(zhǔn)備好注漿材料、注漿設(shè)備、封孔用棉紗、綁絲等；把泵及附件（包括注漿用高壓膠管、工具、注漿管、U型卡、連接注漿管用的接頭等）、注漿材料等運(yùn)至施工地點(diǎn)；將泵、攪拌桶與相應(yīng)動(dòng)力源連接；檢查泵內(nèi)的液壓油、潤(rùn)滑油量是否滿足要求，開泵檢查泵能否正常運(yùn)轉(zhuǎn)；對(duì)注漿孔封孔情況進(jìn)行檢查；檢查泵及注漿管路的連接等情況—打開輸出閥門—開始注漿—暫停注漿—繼續(xù)注漿—結(jié)束注漿—用清水清洗泵和注漿管路；在注漿過(guò)程中，必須注意觀察泵及巷道四周狀況，當(dāng)有返漿（通過(guò)多次暫停泵操作仍有漿液流出）出現(xiàn)時(shí)候，通過(guò)間歇注漿使已經(jīng)注入煤體內(nèi)的漿液上硬，泵及注漿管內(nèi)的漿液不失去流動(dòng)性，從而封堵漏漿裂隙；對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行清理，注意清洗注漿泵、注漿管、料桶、攪拌桶與截止閥等設(shè)備。

2.2 斷層等構(gòu)造地段超前工程治災(zāi)

（1）將待擴(kuò)刷點(diǎn)上方液壓支架移至最小控頂距，液壓支架探梁護(hù)壁板全部打開，將采煤機(jī)右滾筒牽至斷層構(gòu)造以上頂板完整處停機(jī)，將左、右滾筒落地，采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)停電閉鎖。在采煤機(jī)左滾筒前方刮板輸送機(jī)銷排上插專用大橫銷，防止采煤機(jī)跑車。在采煤機(jī)上方打設(shè)充氣擋欄，充氣擋欄施工好后，在采煤機(jī)右滾筒上方用單體液壓支柱配方木打設(shè)防飛矸擋矸設(shè)施，方木空隙處背嚴(yán)實(shí)。

（2）從上向下擴(kuò)刷，擴(kuò)刷時(shí)將采煤機(jī)右滾筒牽引至擴(kuò)刷處落地并停電閉鎖，采用厚度不小于100mm木板鋪設(shè)操作平臺(tái)（兼做防墜落設(shè)施），擴(kuò)刷段每間隔3架液壓支架撤一扇架前擋矸門及架前擋矸網(wǎng)，確保人員退路暢通。

（3）沿?cái)鄬用娣较蜻M(jìn)行擴(kuò)刷，擴(kuò)刷后高度不低于2.3m，擴(kuò)刷深度從煤壁開始最深位置不大于2m。擴(kuò)刷后的頂板先支設(shè)臨時(shí)支護(hù)，間距1.5m，再采用φ=18mm、L=2m的樹脂錨桿配菱形金屬網(wǎng)（若出現(xiàn)頂板破碎，則增加鋼筋梯）進(jìn)行支護(hù)，錨桿間排距1m，并沿?cái)鄬幼呦蛟跀U(kuò)刷段斷層上下盤各布置一排φ=15.24mm、L=5m的錨索加強(qiáng)支護(hù)，且上下盤錨索采用長(zhǎng)度為2m鋼帶連接，鋼帶間距1.5m，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)頂板暴露情況若超過(guò)2m，則增加一根φ=15.24mm、L=5m錨索支護(hù)頂板。每根錨桿眼孔裝填1支CK2370型樹脂錨固劑，每根錨索眼孔內(nèi)裝2支CK2370型樹脂錨固劑。

（4）若需采用鉆爆法落煤施工，使用7655或YT29型鑿巖機(jī)打眼，同一段煤礦許用毫秒延期電雷管和三級(jí)煤礦許用乳化炸藥爆破落煤，掏槽眼深度1.5m，每眼裝藥不超過(guò)3條；周邊眼深度1.3m，煤層眼孔每眼裝藥不超過(guò)2條，巖石眼孔每眼裝藥不超過(guò)3條，采用正向裝藥，每次爆破總裝藥量不超過(guò)9.0kg，全斷面一次起爆，使用好黃泥及水炮泥，封泥長(zhǎng)度不小于0.5m。

（5）每一架擴(kuò)刷完畢后采用11#礦用工字鋼沿走向施工抬棚，長(zhǎng)度以滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需要為準(zhǔn)，若工字鋼長(zhǎng)度不夠則使用礦用工字鋼配不低于4副圓鋼卡搭接，搭接長(zhǎng)度不小于500mm，抬棚一端（煤壁側(cè)）采用一根φ=15.24mm、L=5m錨索（鋼梁外露長(zhǎng)度0.6m）配鐵托板固定在擴(kuò)刷段頂板上（抵?jǐn)n擴(kuò)刷后的煤壁），另一端（液壓支架探梁側(cè)）放置在支架探梁上（嵌入探梁深度不小于0.6m），若能夠采用一組錨索配托板進(jìn)行鎖固在頂板上則施工錨索固定，抬棚間距1.0m。抬棚上方的空漏部分采用半圓木等鋪設(shè)，再在鋼梁上架設(shè)“井”型木垛接頂。

（6）支設(shè)抬棚時(shí)，先將一端伸進(jìn)液壓支架探梁內(nèi)，并用φ15.5mm鋼繩配繩卡固定在液壓支架探梁上，另一端采用單體液壓支柱升至頂板，待用錨索固定好后方可卸載單體液壓支柱。支設(shè)2架抬棚后，立即采用15kg/m鋼軌配合圓鋼卡沿傾向?qū)⑻镞B成整體，鋼軌均勻布置3根（沿傾向），傾向鋼軌的搭接長(zhǎng)度不小于300mm，保證所有抬棚連成整體。

（7）在擴(kuò)刷煤壁側(cè)采用φ≥160mm圓木或半圓木配鋼塑網(wǎng)進(jìn)行護(hù)幫，圓木間距不超過(guò)1.5m。

（8）每次擴(kuò)刷前，先將對(duì)應(yīng)液壓支架探梁與煤壁間裸露出的頂板采用錨桿配錨索進(jìn)行支護(hù)，待支護(hù)完后，立即施工排放孔，每架施工一個(gè)排放孔，排放孔孔徑75mm，施工深度5m，排放孔施工到位，現(xiàn)場(chǎng)瓦斯數(shù)據(jù)檢查正常，再進(jìn)行擴(kuò)刷與架設(shè)抬棚支護(hù)。

（9）在本架施工永久支護(hù)的同時(shí)，可安排人員對(duì)鄰架煤壁進(jìn)行擴(kuò)刷作業(yè)，擴(kuò)刷后采用單體液壓支柱配方木打設(shè)臨時(shí)支護(hù)，臨時(shí)支護(hù)間距1.5m。待本架永久支護(hù)完畢后立即對(duì)鄰架進(jìn)行支護(hù)，擴(kuò)刷時(shí)嚴(yán)格按照此工序循環(huán)施工直至擴(kuò)刷完工。

（10）若液壓支架探梁前方垮落高度＞3m，則在施工好抬棚支護(hù)后，用方木配抓釘在抬棚下方底板上架設(shè)“井”型木垛穩(wěn)固抬棚。

（11）工作面假頂鋪設(shè)完成后，工作面推進(jìn)時(shí)，對(duì)斷層延伸影響以上的液壓支架段沿?cái)鄬訉用孢M(jìn)行提前擴(kuò)刷和支護(hù)，以減少對(duì)回采的影響。

2.3 噴漿充填技術(shù)

（1）礦井噴漿支護(hù)主要用于圍巖加固支護(hù)，對(duì)于平巷而言噴漿機(jī)可以隨時(shí)移動(dòng)，而對(duì)于斜坡噴漿支護(hù)或采煤工作面高冒區(qū)域噴漿充填移動(dòng)噴漿機(jī)非常困難，傳統(tǒng)斜坡噴漿支護(hù)需要將噴漿機(jī)和相關(guān)材料下放至硐室，需要頻繁提升下放存在一定的安全威脅，加之噴漿管路容易堵塞，處理難度大。

（2）由于采煤工作面構(gòu)造區(qū)域靠近中下部，工作面回風(fēng)巷道距離需要噴漿充填的地點(diǎn)較遠(yuǎn)，噴漿設(shè)備和材料轉(zhuǎn)運(yùn)都非常麻煩和費(fèi)力，將噴漿機(jī)安置在風(fēng)巷超前支護(hù)范圍，采用風(fēng)筒對(duì)上料位置進(jìn)行遮擋處理，防止粉塵飛揚(yáng)和材料浪費(fèi)，從噴漿機(jī)處安設(shè)管路至噴漿作業(yè)點(diǎn)。噴漿作業(yè)時(shí)，風(fēng)巷人員將噴漿所需的石粉和水泥按照配合比倒入噴漿機(jī)，噴料通過(guò)管路輔以重力作用送至噴漿口，然后通過(guò)噴槍噴入作業(yè)區(qū)域，達(dá)到安全快速噴漿作業(yè)的目的。

（3）采用該裝置后減少斜坡提升噴漿物料安全威脅，大大降低職工勞動(dòng)強(qiáng)度，提高噴漿支護(hù)進(jìn)度和質(zhì)量，能夠使采煤工作面冒頂區(qū)域得到快速有效充填處理。

2.4 底煤留設(shè)與控制

（1）根據(jù)采煤工作面液壓支架最大支撐高度，留設(shè)合適的底煤厚度，保證液壓支架支撐高度留有一定余量。

（2）處于厚煤層或構(gòu)造段的工作面液壓支架連成整體，前后防倒防滑缸全部配齊，至少延伸至完整頂板或正常煤厚5架液壓支架。

（3）嚴(yán)格控制采高和工作面用水，包括采煤機(jī)割煤時(shí)用水，做到停機(jī)停水，嚴(yán)防底板或底煤滑移造成采高失控。

（4）增加液壓支架柱帽，確保液壓支架能夠達(dá)到最大支撐高度。

（5）加強(qiáng)采煤工作面排架，嚴(yán)控液壓支架、刮板輸送機(jī)下滑，加強(qiáng)綜采配套設(shè)備檢修和維護(hù)，及時(shí)處理漏竄。

（6）使用好礦壓在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)施實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，確保支架初撐力合格。

3.實(shí)施效果

（1）通過(guò)對(duì)工業(yè)性試驗(yàn)地點(diǎn)3251采煤工作面的綜采配套設(shè)備進(jìn)行改造，從控制工作面俯偽斜程度上入手，強(qiáng)力推行風(fēng)巷超前機(jī)巷俯偽斜開采，解決了采煤工作面片幫難題，特別是人員需要進(jìn)入機(jī)道處理時(shí)安全威脅降低，從液壓支架的接頂及工作面水量控制上入手，支架接頂嚴(yán)實(shí)，確保頂板壓力能順利傳遞到底板，留設(shè)底煤后嚴(yán)控發(fā)生推底。液壓支架防倒防滑缸、推溜缸等連接裝置齊全完好，確保工作面液壓支架形成一個(gè)整體，在回采過(guò)程中實(shí)現(xiàn)支架動(dòng)態(tài)調(diào)整，上竄下滑調(diào)整需逐步開展，防止液壓支架下滑或上竄量過(guò)大造成設(shè)備損壞。

（2）在厚煤層復(fù)雜構(gòu)造地段采用綜合機(jī)械化回采，平均月產(chǎn)量達(dá)到2.5萬(wàn)噸以上，且實(shí)現(xiàn)安全回采，避免了搬家倒面，不用重新施工開切眼進(jìn)行綜采配套設(shè)備安裝，充分利用和發(fā)揮現(xiàn)有裝備性能和價(jià)值。

（3）通過(guò)攻克綜采工作面過(guò)垮落區(qū)、裂隙帶、煤層急劇增厚、采空區(qū)煤炭自燃、煤層松軟超高帶等復(fù)合構(gòu)造段的回采煤炭資源難題，對(duì)327采區(qū)、321采區(qū)、312采區(qū)、313采區(qū)煤炭資源的開采創(chuàng)造了條件，延長(zhǎng)了礦井+350m水平服務(wù)年限，為礦井+150m水平延深爭(zhēng)取了建設(shè)工期，彌補(bǔ)了+150m水平東翼延深遇地質(zhì)構(gòu)造產(chǎn)生的工期耽誤，同時(shí)也為其他類似礦井急傾斜綜采提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

（4）采用綜合機(jī)械化開采在安全上更能得到保證，液壓支架對(duì)采煤工作面頂板支護(hù)更為安全，有效防止頂板事故，通過(guò)對(duì)采空區(qū)進(jìn)行預(yù)防性注氮可有效遏制煤炭自燃，綜合機(jī)械化開采利用采煤機(jī)割煤，刮板輸送機(jī)運(yùn)煤，減輕了職工勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了安全系數(shù)。

4.結(jié)語(yǔ)

（1）采用在松軟厚煤層復(fù)雜構(gòu)造區(qū)域內(nèi)施工密集鉆孔加固技術(shù)，改善了松散煤巖體強(qiáng)度特征。

（2）提出了采煤工作面煤壁開幫后鋪設(shè)鋼梁、噴漿充填形成假頂和假頂下單體液壓支柱與緩沖木垛支護(hù)，對(duì)構(gòu)造區(qū)域?qū)崿F(xiàn)了有效支護(hù)。

（3）采用嚴(yán)控采高、留設(shè)底煤、提溜墊架等措施，實(shí)現(xiàn)了急傾斜厚煤層復(fù)雜構(gòu)造區(qū)域工作面安全回采，減少了煤炭資源損失約13萬(wàn)噸/年，緩解了礦井采掘接替，避免了冒頂事故和推底現(xiàn)象發(fā)生。