大采高綜采工作面架前漏頂?shù)奶幚泶胧?/h1>
2011-11-10 03:04:44馬陳社
山西煤炭 2011年10期
馬陳社
（山西亞美大寧能源有限公司，山西 晉城 048114）
大采高綜采工作面架前漏頂?shù)奶幚泶胧?/p>
馬陳社
（山西亞美大寧能源有限公司，山西 晉城 048114）
通過(guò)對(duì)105大采高綜采工作面遇到復(fù)雜地質(zhì)條件時(shí)架前漏頂?shù)母櫶幚砑暗刭|(zhì)情況評(píng)價(jià)，分別從預(yù)防、技術(shù)控制和組織管理的角度，提出了大采高綜采工作面頂板管理的對(duì)策。
大采高綜采工作面；架前漏頂?shù)奶幚恚豁敯骞芾韺?duì)策
大寧煤礦屬于高瓦斯礦井，礦井生產(chǎn)能力為4.0M t/a，井田面積38.8225k m2，開采3號(hào)煤層。礦井現(xiàn)布置有1個(gè)回采工作面，4個(gè)掘進(jìn)工作面。回采工作面采煤方法為一次采全高單一傾斜長(zhǎng)壁采煤法（工作面采高控制在5.0m），綜采工藝，采用全部跨落法管理頂板。
井田東部構(gòu)造形跡以褶皺為主，含煤地層沿走向、傾向的產(chǎn)狀變化不大，斷層較小（斷距不大），受古河道沖刷帶、巖性變化異常區(qū)及小型陷落柱的影響，煤層厚度變化較大。井田地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜程度為中等。
1 105工作面概況
105綜采工作面屬3號(hào)煤層一采區(qū)東部的第5個(gè)采面，長(zhǎng)202m，回采長(zhǎng)度2325m。工作面煤層厚度4.4m～5.67m，平均厚度4.94m，煤層傾角2°～9°，平均傾角4°，偽頂為炭質(zhì)含炭泥巖，厚度約為0.1m～0.3m；直接頂為泥巖，厚度約為4.0m；老頂為中、細(xì)砂巖，厚度約為4.5m，機(jī)尾附近頂板巖性較好，機(jī)頭附近老頂為粉砂巖、中細(xì)砂巖和泥巖互層。直接底為泥巖，厚度約0.9m；老底為粉砂質(zhì)泥巖，厚度約為6.5m。煤層結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，有2層～4層夾矸，主要分布在煤層的中下部。地質(zhì)資料顯示回采區(qū)域共存在1個(gè)背斜、1個(gè)向斜、6個(gè)斷層（斷層落差通常為0.5m～2.5m）及三處地質(zhì)構(gòu)造異常區(qū)（分別在工作面的350m～500m、750m～900m、1500m～1800m之間），地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力較集中，對(duì)回采影響較大。
工作面設(shè)備選型為：D BT2550/5500-2*3926-1750型電液控制掩護(hù)式支架，7L S 6-型雙滾筒采煤機(jī)，P F42×800k W型刮板輸送機(jī)。
2 工作面回采工藝
工藝流程：斜切進(jìn)刀→割三角煤→割煤→移架→推溜→斜切進(jìn)刀
支護(hù)方式：采用電液控制順序移架，鄰架操作、先降后移。正常割煤時(shí)，采用跟機(jī)順序移架的方式，移架工序滯后采煤機(jī)前滾筒1個(gè)～2個(gè)支架完成。移夠步距后立即升架，并將護(hù)幫板打至煤壁。如頂板壓力較大有漏冒危險(xiǎn)或頂板比較破碎時(shí)，采取擦頂帶壓移架、超前移架方式，以防止頂板漏冒。
3 回采期間的頂板管理及礦壓觀測(cè)
3.1 頂板管理的基本要求
工作面頂板管理的基本要求是跟頂回采，保持頂板平整完好，不漏頂、掉頂；兩端頭頂板支護(hù)安全可靠，確保足夠的通風(fēng)空間和行人安全，為回采創(chuàng)造良好的條件。
3.2 工作面礦壓觀測(cè)及預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)
105綜采工作面共安裝液壓支架129架，所有支架P M 4控制器和支柱壓力表上均可顯示工作面支架阻力。采用支架初撐力及支架工作阻力與工作面推進(jìn)距離的關(guān)系的觀測(cè)方法，即工作面支架移架后，讀出支架P M 4控制器上壓力傳感器上的讀數(shù)即為支架初撐力，當(dāng)回采完一個(gè)循環(huán)采煤機(jī)割煤前可從壓力表上立即讀出最大工作阻力。初采期間，每班至少記錄2次。通過(guò)對(duì)支架工作阻力變化規(guī)律的記錄、分析，即可較為準(zhǔn)確的掌握頂板來(lái)壓規(guī)律。
4 105工作面架前漏頂處理過(guò)程
4.1 工作面的漏冒情況
當(dāng)工作面從切眼開始推進(jìn)至287m位置時(shí)，30號(hào)～49號(hào)架間約28m長(zhǎng)的區(qū)域發(fā)生漏冒，平均冒落高度為5.0m以上，片幫深度約1.5m。冒頂造成大量矸石堆積在工作面的運(yùn)輸機(jī)上，致使運(yùn)輸機(jī)無(wú)法正常啟動(dòng)。
4.2 工作面的地質(zhì)及漏冒現(xiàn)狀評(píng)價(jià)
工作面的直接頂主要為5號(hào)左右的泥巖和碳質(zhì)泥巖，節(jié)理和裂隙比較發(fā)育，R Q D指標(biāo)為0，在直接頂之上，為強(qiáng)度中等的3m左右的粉砂巖。
影響工作面漏頂?shù)闹饕刭|(zhì)構(gòu)造有：王家莊背斜軸，從工作面中部穿過(guò)（走向N E S E向）；在工作面前方約40m～60m處，存在近東西走向的次生向斜構(gòu)造；位于6041～6042橫川之間F105-1、F18斷層向工作面延伸。105工作面主要地質(zhì)構(gòu)造示意圖，見圖1。
圖1105 工作面主要地質(zhì)構(gòu)造示意圖
工作面的現(xiàn)狀是：30號(hào)～49號(hào)架為嚴(yán)重冒頂區(qū)域，煤壁片幫，冒落矸石充填煤幫及頂部；49號(hào)～60號(hào)架為頂板破碎區(qū)域，局部冒落，有片幫的傾向。
4.3 對(duì)漏冒區(qū)域的處理方案
4.3.1 采用錨索對(duì)漏頂區(qū)域鎖口
采用Φ17.8m m×7500m m錨索對(duì)25號(hào)架～30號(hào)架及49號(hào)架～60號(hào)架間的漏冒區(qū)域與正常區(qū)域的接茬部位進(jìn)行鎖口支護(hù)，即從頂幫正常區(qū)域由外向內(nèi)在此區(qū)段的每個(gè)支架前梁距煤壁之間安裝2根錨索，其中靠近采空區(qū)的1根垂直頂板安裝，另1根偏向煤幫45°方向安裝，以防漏冒區(qū)域進(jìn)一步擴(kuò)大。
4.3.2 采用人工架棚的方式進(jìn)行構(gòu)頂
在支架下方的安全處搭設(shè)牢固可靠的工作臺(tái)，用Φ10m m的鐵鏈連接在相鄰兩個(gè)支架頂梁前的圓孔，把長(zhǎng)3m方木的一端搭鐵鏈上，另一端支在煤幫上。將支架護(hù)幫板收回少許，使護(hù)幫板和方木相平，把木板梁構(gòu)筑在方木和護(hù)幫板的上部，至少要構(gòu)筑6層。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，在每根方木下支設(shè)單體柱或用1.3m長(zhǎng)的方木支設(shè)“田”字型木垛（單體柱或木垛距煤溜電纜槽擋板的距離要保持在3.5m以上，以確保采煤機(jī)有足夠的過(guò)機(jī)空間）。在棚梁下方的煤幫上，每隔2m安裝按45°傾角安裝Φ17.8×7500m m錨索，相鄰的錨索用槽鋼連接，把支在煤幫的方木一端用Φ10m m的鐵鏈固定在槽鋼上。
4.3.3 采用化學(xué)注漿（如波雷因）的辦法對(duì)頂板破碎區(qū)域及嚴(yán)重漏冒區(qū)域的頂、幫進(jìn)行預(yù)加固
根據(jù)工作面冒頂和破碎區(qū)段頂板及煤幫實(shí)際情況，分兩段進(jìn)行注漿：
第一注漿段重點(diǎn)對(duì)煤壁上方破碎的直接頂板進(jìn)行加固。在30號(hào)架～49號(hào)架處沿工作面推進(jìn)方向打兩排注漿孔，其中，下排孔布置8個(gè)～10個(gè)孔，距煤層頂板1.5m(孔位根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)情況決定)，間距3m，以水平方向垂直煤壁打孔，孔深6m。上排布置9個(gè)～11個(gè)孔，沿煤層頂板分界面布置，現(xiàn)場(chǎng)布置錨索槽鋼梁的上部0.2m處，間距3m，以和水平方向呈5°～10°仰角垂直煤壁鉆孔，孔深6m，上排孔和下排孔呈三花眼交錯(cuò)布置。孔徑均為42m m。直接頂板加固具體布置，見圖2。
圖2 直接頂板加固具體布置圖
工作面每推進(jìn)2m～3m，進(jìn)行下一輪注漿。預(yù)計(jì)每孔注漿量400k g。通過(guò)注漿可以使松散破碎的煤巖體粘在一起，整體性增強(qiáng)不易冒落，確保冒頂區(qū)不再向兩邊擴(kuò)展；當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件有發(fā)生大的變化時(shí)，要及時(shí)調(diào)整注漿量和鉆孔參數(shù)。
第二注漿段對(duì)25號(hào)～30號(hào)、49號(hào)～60號(hào)（約24m）段漏冒區(qū)域與正常區(qū)域的接茬部位進(jìn)行預(yù)加固，該區(qū)段煤壁和頂部已安裝錨索進(jìn)行了加固，重點(diǎn)加固是頂板，其次是煤壁。
在工作面煤壁上部（頂板下1.5m～2m范圍）鉆孔布置兩排，每排布置8個(gè)～10個(gè)孔，間距3m，其中：上排孔距頂板1.2m；與水平夾角為15°～25°，孔深5m。下排孔距頂板1.8m、與水平夾角5°～15°，孔深5m，每孔注200k g，三花眼布置，注漿后每推進(jìn)2m～3m，進(jìn)行下一循環(huán)注漿，注漿后確保推溜、拉架工序正常進(jìn)行，不發(fā)生影響推進(jìn)的片幫、冒頂現(xiàn)象。當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件發(fā)生大的變化時(shí)，要及時(shí)調(diào)整注漿量和鉆孔參數(shù)。接茬部位預(yù)加固具體布置圖，見圖3。
圖3 接茬部位預(yù)加固具體布置圖
根據(jù)破碎帶煤體的承受能力和最小抵抗面及工作面圍巖條件，當(dāng)工作面供風(fēng)風(fēng)量不低于3m3/m i n、供風(fēng)壓力不低于0.5M P a時(shí)，設(shè)計(jì)深孔注漿終壓4M P a。
本次處理工作面架前冒頂，共施工注漿鉆孔26個(gè)，實(shí)際壓注化學(xué)漿共450桶（約11.25t）。
4.4 施工效果
通過(guò)實(shí)施以上工藝，工作面連續(xù)穩(wěn)定推進(jìn)，工作面每班平均向前推進(jìn)5m，未發(fā)生漏冒頂事故。
5 冒頂原因分析及處理措施
5.1 地質(zhì)原因
從工作面地質(zhì)構(gòu)造和綜合柱狀圖以及附近頂板現(xiàn)場(chǎng)取芯可以看出，受王家莊背斜、次生向斜和派生斷層的影響，在推進(jìn)過(guò)程中，工作面前方出現(xiàn)了頂板及煤幫破碎區(qū)域，影響范圍分別為50m～100m和40m～60m；直接頂主要為7.1m～9.4m的灰黑色泥巖或互層結(jié)構(gòu)，性軟、易碎，隨采隨冒，隨著工作面的繼續(xù)推進(jìn)，王家莊背斜構(gòu)造對(duì)工作面影響范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，增加了架前漏冒的可能。
5.2 礦壓方面原因
由于老頂“關(guān)鍵層”的作用，老頂?shù)膩?lái)壓及強(qiáng)度對(duì)工作面的影響較大。根據(jù)礦山壓力理論，在工作面推進(jìn)到與面長(zhǎng)相近的距離時(shí)，即推進(jìn)到200m～300m的位置時(shí)，包括地表在內(nèi)的老頂大結(jié)構(gòu)失穩(wěn)折斷現(xiàn)象，易造成工作面的前方煤壁和支架的壓力增大。當(dāng)工作面煤壁上方直接頂強(qiáng)度較低時(shí)，在動(dòng)壓影響下巖層被壓酥、承載能力下降，降架后如果拉架不及時(shí)，極易引發(fā)架前漏冒現(xiàn)象；在工作面推進(jìn)過(guò)程中，老頂?shù)闹芷趤?lái)壓也會(huì)對(duì)采面的頂幫管理帶來(lái)一定的困難。
根據(jù)工作面支架的選型及綜合管理手段（如工序管理、工程質(zhì)量管理等）分析，在老頂初次來(lái)壓、周期來(lái)壓期間，在地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜區(qū)域，發(fā)生壓垮型、推垮型冒頂?shù)目赡苄詷O小，但發(fā)生漏冒型冒頂?shù)目赡苄暂^大。
5.3 主要技術(shù)措施
在發(fā)生Ⅱ類頂板事故及以上頂板事故的情況下，需采取以下技術(shù)措施進(jìn)行處理。
1）采用錨桿、錨索超前加固頂板（鎖口）、煤幫的技術(shù)。只要有效地在自由面控制煤體向下、向外的位移活動(dòng)，使切頂線由煤壁逐漸向采空區(qū)轉(zhuǎn)移，恢復(fù)到支架頂梁后端，才能控制工作面煤壁側(cè)片幫、漏頂?shù)陌l(fā)生。基于上述分析，同時(shí)考慮采煤機(jī)的截割問(wèn)題，采用錨桿、錨索超前加固破碎帶煤體，變被動(dòng)維護(hù)為主動(dòng)維護(hù)。
2）采用挑順山梁及架設(shè)走向棚的技術(shù)。割煤后，新暴露的頂板在短時(shí)間不會(huì)漏冒，只是在支架卸載前移時(shí)才可能漏冒。這樣，就可以采用挑順山梁的方法，先移頂梁完整處的支架，移架時(shí)，在所移支架前梁上沿平行工作面方向放置適當(dāng)規(guī)格的木板梁，挑住附近不完整的頂板，然后再移頂板破碎處的支架。
當(dāng)工作面頂板隨采隨落后，冒落的面積較大，采用挑順山梁的方法來(lái)不及支護(hù)，而且頂板條件也不允許把前梁降下來(lái)放順山梁時(shí)，可以在相鄰支架間超前架設(shè)“1梁2柱”或“1梁3柱”走向棚，在走向棚下面再架設(shè)1架～2架設(shè)臨時(shí)順山抬棚。順山棚梁應(yīng)同時(shí)托住3架走向棚梁，這樣就可以將走向棚及順山抬棚的支柱撤出，支架在順山梁和走向梁的保護(hù)下前移。
3）采用煤幫和頂板的預(yù)注漿加固技術(shù)。該技術(shù)主要用于過(guò)斷層時(shí)工作面頂板破碎帶及漏頂區(qū)域與正常區(qū)域接茬部位頂幫的預(yù)加固，其原理就是利用化學(xué)漿液（如波雷因）來(lái)充填和固結(jié)圍巖(或煤層)的裂隙面，提高圍巖整體性，充分發(fā)揮圍巖整體承載能力，保持圍巖穩(wěn)定，參與巷道圍巖內(nèi)應(yīng)力平衡。主要采用波雷因化學(xué)加固材料，該材料具有高度的黏合力及很好的機(jī)械性能，注射進(jìn)地層以后，低黏度混合物在幾秒鐘內(nèi)滲透進(jìn)入細(xì)小的裂縫后膨脹，從而有效地加固和密封處理區(qū)域。需要強(qiáng)調(diào)的是，依據(jù)破碎帶煤巖體的破碎情況、注漿壓力、相關(guān)理論公式和類似工程經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算，實(shí)際施工中通過(guò)調(diào)整漿液的膠凝速度、滲透性和注漿終壓，以保證實(shí)際有效擴(kuò)散半徑不小于1.2m。
6 結(jié)語(yǔ)
大采高綜采工作面回采過(guò)程中的頂板管理是工作面生產(chǎn)管理和安全管理中的一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，105大采高綜采工作面在遇到背斜軸、次生向斜構(gòu)造、斷層等復(fù)雜交錯(cuò)的地質(zhì)條件的下，回采期間連續(xù)發(fā)生架前漏頂，通過(guò)采取切實(shí)可行的預(yù)防措施、技術(shù)措施及組織管理措施，工作面頂幫得到了有效的控制，實(shí)現(xiàn)了安全平穩(wěn)推進(jìn)，為今后大采高綜采工作面推進(jìn)中遇到類似架前漏冒后的處理及頂板管理提供了積極的對(duì)策及思路。
ManagemenTand Leaking TreatmenTfor the RooFin fronToFSupports on Fully-mechanized Mining Face with Large Mining Height
MA Chen-she
(Yamei Daning Energy Co., Jincheng Shanxi 048114)
By the tracking of roof leaking in front of supports when 105 fully-mechanized working face under complex geological condition and geological evaluation, the study proposes countermeasures for the roof management from the perspective of prevention, technology control and management.
fully-mechanized mining face with large mining height; treatment for roof leaking in front of supports; roof management
TD 823.97
A
1672-5050（2011）10-0045-04
2011-07-30
馬陳社（1973—），男，山西陽(yáng)城人，大學(xué)本科，工程師，從事煤礦采掘技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)管理與監(jiān)督。
徐樹文
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馬陳社
（山西亞美大寧能源有限公司，山西 晉城 048114）
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馬陳社
（山西亞美大寧能源有限公司，山西 晉城 048114）
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大采高綜采工作面；架前漏頂?shù)奶幚恚豁敯骞芾韺?duì)策
大寧煤礦屬于高瓦斯礦井，礦井生產(chǎn)能力為4.0M t/a，井田面積38.8225k m2，開采3號(hào)煤層。礦井現(xiàn)布置有1個(gè)回采工作面，4個(gè)掘進(jìn)工作面。回采工作面采煤方法為一次采全高單一傾斜長(zhǎng)壁采煤法（工作面采高控制在5.0m），綜采工藝，采用全部跨落法管理頂板。
井田東部構(gòu)造形跡以褶皺為主，含煤地層沿走向、傾向的產(chǎn)狀變化不大，斷層較小（斷距不大），受古河道沖刷帶、巖性變化異常區(qū)及小型陷落柱的影響，煤層厚度變化較大。井田地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜程度為中等。
1 105工作面概況
105綜采工作面屬3號(hào)煤層一采區(qū)東部的第5個(gè)采面，長(zhǎng)202m，回采長(zhǎng)度2325m。工作面煤層厚度4.4m～5.67m，平均厚度4.94m，煤層傾角2°～9°，平均傾角4°，偽頂為炭質(zhì)含炭泥巖，厚度約為0.1m～0.3m；直接頂為泥巖，厚度約為4.0m；老頂為中、細(xì)砂巖，厚度約為4.5m，機(jī)尾附近頂板巖性較好，機(jī)頭附近老頂為粉砂巖、中細(xì)砂巖和泥巖互層。直接底為泥巖，厚度約0.9m；老底為粉砂質(zhì)泥巖，厚度約為6.5m。煤層結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，有2層～4層夾矸，主要分布在煤層的中下部。地質(zhì)資料顯示回采區(qū)域共存在1個(gè)背斜、1個(gè)向斜、6個(gè)斷層（斷層落差通常為0.5m～2.5m）及三處地質(zhì)構(gòu)造異常區(qū)（分別在工作面的350m～500m、750m～900m、1500m～1800m之間），地質(zhì)構(gòu)造應(yīng)力較集中，對(duì)回采影響較大。
工作面設(shè)備選型為：D BT2550/5500-2*3926-1750型電液控制掩護(hù)式支架，7L S 6-型雙滾筒采煤機(jī)，P F42×800k W型刮板輸送機(jī)。
2 工作面回采工藝
工藝流程：斜切進(jìn)刀→割三角煤→割煤→移架→推溜→斜切進(jìn)刀
支護(hù)方式：采用電液控制順序移架，鄰架操作、先降后移。正常割煤時(shí)，采用跟機(jī)順序移架的方式，移架工序滯后采煤機(jī)前滾筒1個(gè)～2個(gè)支架完成。移夠步距后立即升架，并將護(hù)幫板打至煤壁。如頂板壓力較大有漏冒危險(xiǎn)或頂板比較破碎時(shí)，采取擦頂帶壓移架、超前移架方式，以防止頂板漏冒。
3 回采期間的頂板管理及礦壓觀測(cè)
3.1 頂板管理的基本要求
工作面頂板管理的基本要求是跟頂回采，保持頂板平整完好，不漏頂、掉頂；兩端頭頂板支護(hù)安全可靠，確保足夠的通風(fēng)空間和行人安全，為回采創(chuàng)造良好的條件。
3.2 工作面礦壓觀測(cè)及預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)
105綜采工作面共安裝液壓支架129架，所有支架P M 4控制器和支柱壓力表上均可顯示工作面支架阻力。采用支架初撐力及支架工作阻力與工作面推進(jìn)距離的關(guān)系的觀測(cè)方法，即工作面支架移架后，讀出支架P M 4控制器上壓力傳感器上的讀數(shù)即為支架初撐力，當(dāng)回采完一個(gè)循環(huán)采煤機(jī)割煤前可從壓力表上立即讀出最大工作阻力。初采期間，每班至少記錄2次。通過(guò)對(duì)支架工作阻力變化規(guī)律的記錄、分析，即可較為準(zhǔn)確的掌握頂板來(lái)壓規(guī)律。
4 105工作面架前漏頂處理過(guò)程
4.1 工作面的漏冒情況
當(dāng)工作面從切眼開始推進(jìn)至287m位置時(shí)，30號(hào)～49號(hào)架間約28m長(zhǎng)的區(qū)域發(fā)生漏冒，平均冒落高度為5.0m以上，片幫深度約1.5m。冒頂造成大量矸石堆積在工作面的運(yùn)輸機(jī)上，致使運(yùn)輸機(jī)無(wú)法正常啟動(dòng)。
4.2 工作面的地質(zhì)及漏冒現(xiàn)狀評(píng)價(jià)
工作面的直接頂主要為5號(hào)左右的泥巖和碳質(zhì)泥巖，節(jié)理和裂隙比較發(fā)育，R Q D指標(biāo)為0，在直接頂之上，為強(qiáng)度中等的3m左右的粉砂巖。
影響工作面漏頂?shù)闹饕刭|(zhì)構(gòu)造有：王家莊背斜軸，從工作面中部穿過(guò)（走向N E S E向）；在工作面前方約40m～60m處，存在近東西走向的次生向斜構(gòu)造；位于6041～6042橫川之間F105-1、F18斷層向工作面延伸。105工作面主要地質(zhì)構(gòu)造示意圖，見圖1。
圖1105 工作面主要地質(zhì)構(gòu)造示意圖
工作面的現(xiàn)狀是：30號(hào)～49號(hào)架為嚴(yán)重冒頂區(qū)域，煤壁片幫，冒落矸石充填煤幫及頂部；49號(hào)～60號(hào)架為頂板破碎區(qū)域，局部冒落，有片幫的傾向。
4.3 對(duì)漏冒區(qū)域的處理方案
4.3.1 采用錨索對(duì)漏頂區(qū)域鎖口
采用Φ17.8m m×7500m m錨索對(duì)25號(hào)架～30號(hào)架及49號(hào)架～60號(hào)架間的漏冒區(qū)域與正常區(qū)域的接茬部位進(jìn)行鎖口支護(hù)，即從頂幫正常區(qū)域由外向內(nèi)在此區(qū)段的每個(gè)支架前梁距煤壁之間安裝2根錨索，其中靠近采空區(qū)的1根垂直頂板安裝，另1根偏向煤幫45°方向安裝，以防漏冒區(qū)域進(jìn)一步擴(kuò)大。
4.3.2 采用人工架棚的方式進(jìn)行構(gòu)頂
在支架下方的安全處搭設(shè)牢固可靠的工作臺(tái)，用Φ10m m的鐵鏈連接在相鄰兩個(gè)支架頂梁前的圓孔，把長(zhǎng)3m方木的一端搭鐵鏈上，另一端支在煤幫上。將支架護(hù)幫板收回少許，使護(hù)幫板和方木相平，把木板梁構(gòu)筑在方木和護(hù)幫板的上部，至少要構(gòu)筑6層。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，在每根方木下支設(shè)單體柱或用1.3m長(zhǎng)的方木支設(shè)“田”字型木垛（單體柱或木垛距煤溜電纜槽擋板的距離要保持在3.5m以上，以確保采煤機(jī)有足夠的過(guò)機(jī)空間）。在棚梁下方的煤幫上，每隔2m安裝按45°傾角安裝Φ17.8×7500m m錨索，相鄰的錨索用槽鋼連接，把支在煤幫的方木一端用Φ10m m的鐵鏈固定在槽鋼上。
4.3.3 采用化學(xué)注漿（如波雷因）的辦法對(duì)頂板破碎區(qū)域及嚴(yán)重漏冒區(qū)域的頂、幫進(jìn)行預(yù)加固
根據(jù)工作面冒頂和破碎區(qū)段頂板及煤幫實(shí)際情況，分兩段進(jìn)行注漿：
第一注漿段重點(diǎn)對(duì)煤壁上方破碎的直接頂板進(jìn)行加固。在30號(hào)架～49號(hào)架處沿工作面推進(jìn)方向打兩排注漿孔，其中，下排孔布置8個(gè)～10個(gè)孔，距煤層頂板1.5m(孔位根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)情況決定)，間距3m，以水平方向垂直煤壁打孔，孔深6m。上排布置9個(gè)～11個(gè)孔，沿煤層頂板分界面布置，現(xiàn)場(chǎng)布置錨索槽鋼梁的上部0.2m處，間距3m，以和水平方向呈5°～10°仰角垂直煤壁鉆孔，孔深6m，上排孔和下排孔呈三花眼交錯(cuò)布置。孔徑均為42m m。直接頂板加固具體布置，見圖2。
圖2 直接頂板加固具體布置圖
工作面每推進(jìn)2m～3m，進(jìn)行下一輪注漿。預(yù)計(jì)每孔注漿量400k g。通過(guò)注漿可以使松散破碎的煤巖體粘在一起，整體性增強(qiáng)不易冒落，確保冒頂區(qū)不再向兩邊擴(kuò)展；當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件有發(fā)生大的變化時(shí)，要及時(shí)調(diào)整注漿量和鉆孔參數(shù)。
第二注漿段對(duì)25號(hào)～30號(hào)、49號(hào)～60號(hào)（約24m）段漏冒區(qū)域與正常區(qū)域的接茬部位進(jìn)行預(yù)加固，該區(qū)段煤壁和頂部已安裝錨索進(jìn)行了加固，重點(diǎn)加固是頂板，其次是煤壁。
在工作面煤壁上部（頂板下1.5m～2m范圍）鉆孔布置兩排，每排布置8個(gè)～10個(gè)孔，間距3m，其中：上排孔距頂板1.2m；與水平夾角為15°～25°，孔深5m。下排孔距頂板1.8m、與水平夾角5°～15°，孔深5m，每孔注200k g，三花眼布置，注漿后每推進(jìn)2m～3m，進(jìn)行下一循環(huán)注漿，注漿后確保推溜、拉架工序正常進(jìn)行，不發(fā)生影響推進(jìn)的片幫、冒頂現(xiàn)象。當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件發(fā)生大的變化時(shí)，要及時(shí)調(diào)整注漿量和鉆孔參數(shù)。接茬部位預(yù)加固具體布置圖，見圖3。
圖3 接茬部位預(yù)加固具體布置圖
根據(jù)破碎帶煤體的承受能力和最小抵抗面及工作面圍巖條件，當(dāng)工作面供風(fēng)風(fēng)量不低于3m3/m i n、供風(fēng)壓力不低于0.5M P a時(shí)，設(shè)計(jì)深孔注漿終壓4M P a。
本次處理工作面架前冒頂，共施工注漿鉆孔26個(gè)，實(shí)際壓注化學(xué)漿共450桶（約11.25t）。
4.4 施工效果
通過(guò)實(shí)施以上工藝，工作面連續(xù)穩(wěn)定推進(jìn)，工作面每班平均向前推進(jìn)5m，未發(fā)生漏冒頂事故。
5 冒頂原因分析及處理措施
5.1 地質(zhì)原因
從工作面地質(zhì)構(gòu)造和綜合柱狀圖以及附近頂板現(xiàn)場(chǎng)取芯可以看出，受王家莊背斜、次生向斜和派生斷層的影響，在推進(jìn)過(guò)程中，工作面前方出現(xiàn)了頂板及煤幫破碎區(qū)域，影響范圍分別為50m～100m和40m～60m；直接頂主要為7.1m～9.4m的灰黑色泥巖或互層結(jié)構(gòu)，性軟、易碎，隨采隨冒，隨著工作面的繼續(xù)推進(jìn)，王家莊背斜構(gòu)造對(duì)工作面影響范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，增加了架前漏冒的可能。
5.2 礦壓方面原因
由于老頂“關(guān)鍵層”的作用，老頂?shù)膩?lái)壓及強(qiáng)度對(duì)工作面的影響較大。根據(jù)礦山壓力理論，在工作面推進(jìn)到與面長(zhǎng)相近的距離時(shí)，即推進(jìn)到200m～300m的位置時(shí)，包括地表在內(nèi)的老頂大結(jié)構(gòu)失穩(wěn)折斷現(xiàn)象，易造成工作面的前方煤壁和支架的壓力增大。當(dāng)工作面煤壁上方直接頂強(qiáng)度較低時(shí)，在動(dòng)壓影響下巖層被壓酥、承載能力下降，降架后如果拉架不及時(shí)，極易引發(fā)架前漏冒現(xiàn)象；在工作面推進(jìn)過(guò)程中，老頂?shù)闹芷趤?lái)壓也會(huì)對(duì)采面的頂幫管理帶來(lái)一定的困難。
根據(jù)工作面支架的選型及綜合管理手段（如工序管理、工程質(zhì)量管理等）分析，在老頂初次來(lái)壓、周期來(lái)壓期間，在地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜區(qū)域，發(fā)生壓垮型、推垮型冒頂?shù)目赡苄詷O小，但發(fā)生漏冒型冒頂?shù)目赡苄暂^大。
5.3 主要技術(shù)措施
在發(fā)生Ⅱ類頂板事故及以上頂板事故的情況下，需采取以下技術(shù)措施進(jìn)行處理。
1）采用錨桿、錨索超前加固頂板（鎖口）、煤幫的技術(shù)。只要有效地在自由面控制煤體向下、向外的位移活動(dòng)，使切頂線由煤壁逐漸向采空區(qū)轉(zhuǎn)移，恢復(fù)到支架頂梁后端，才能控制工作面煤壁側(cè)片幫、漏頂?shù)陌l(fā)生。基于上述分析，同時(shí)考慮采煤機(jī)的截割問(wèn)題，采用錨桿、錨索超前加固破碎帶煤體，變被動(dòng)維護(hù)為主動(dòng)維護(hù)。
2）采用挑順山梁及架設(shè)走向棚的技術(shù)。割煤后，新暴露的頂板在短時(shí)間不會(huì)漏冒，只是在支架卸載前移時(shí)才可能漏冒。這樣，就可以采用挑順山梁的方法，先移頂梁完整處的支架，移架時(shí)，在所移支架前梁上沿平行工作面方向放置適當(dāng)規(guī)格的木板梁，挑住附近不完整的頂板，然后再移頂板破碎處的支架。
當(dāng)工作面頂板隨采隨落后，冒落的面積較大，采用挑順山梁的方法來(lái)不及支護(hù)，而且頂板條件也不允許把前梁降下來(lái)放順山梁時(shí)，可以在相鄰支架間超前架設(shè)“1梁2柱”或“1梁3柱”走向棚，在走向棚下面再架設(shè)1架～2架設(shè)臨時(shí)順山抬棚。順山棚梁應(yīng)同時(shí)托住3架走向棚梁，這樣就可以將走向棚及順山抬棚的支柱撤出，支架在順山梁和走向梁的保護(hù)下前移。
3）采用煤幫和頂板的預(yù)注漿加固技術(shù)。該技術(shù)主要用于過(guò)斷層時(shí)工作面頂板破碎帶及漏頂區(qū)域與正常區(qū)域接茬部位頂幫的預(yù)加固，其原理就是利用化學(xué)漿液（如波雷因）來(lái)充填和固結(jié)圍巖(或煤層)的裂隙面，提高圍巖整體性，充分發(fā)揮圍巖整體承載能力，保持圍巖穩(wěn)定，參與巷道圍巖內(nèi)應(yīng)力平衡。主要采用波雷因化學(xué)加固材料，該材料具有高度的黏合力及很好的機(jī)械性能，注射進(jìn)地層以后，低黏度混合物在幾秒鐘內(nèi)滲透進(jìn)入細(xì)小的裂縫后膨脹，從而有效地加固和密封處理區(qū)域。需要強(qiáng)調(diào)的是，依據(jù)破碎帶煤巖體的破碎情況、注漿壓力、相關(guān)理論公式和類似工程經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算，實(shí)際施工中通過(guò)調(diào)整漿液的膠凝速度、滲透性和注漿終壓，以保證實(shí)際有效擴(kuò)散半徑不小于1.2m。
6 結(jié)語(yǔ)
大采高綜采工作面回采過(guò)程中的頂板管理是工作面生產(chǎn)管理和安全管理中的一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，105大采高綜采工作面在遇到背斜軸、次生向斜構(gòu)造、斷層等復(fù)雜交錯(cuò)的地質(zhì)條件的下，回采期間連續(xù)發(fā)生架前漏頂，通過(guò)采取切實(shí)可行的預(yù)防措施、技術(shù)措施及組織管理措施，工作面頂幫得到了有效的控制，實(shí)現(xiàn)了安全平穩(wěn)推進(jìn)，為今后大采高綜采工作面推進(jìn)中遇到類似架前漏冒后的處理及頂板管理提供了積極的對(duì)策及思路。
ManagemenTand Leaking TreatmenTfor the RooFin fronToFSupports on Fully-mechanized Mining Face with Large Mining Height
MA Chen-she
(Yamei Daning Energy Co., Jincheng Shanxi 048114)
By the tracking of roof leaking in front of supports when 105 fully-mechanized working face under complex geological condition and geological evaluation, the study proposes countermeasures for the roof management from the perspective of prevention, technology control and management.
fully-mechanized mining face with large mining height; treatment for roof leaking in front of supports; roof management
TD 823.97
A
1672-5050（2011）10-0045-04
2011-07-30
馬陳社（1973—），男，山西陽(yáng)城人，大學(xué)本科，工程師，從事煤礦采掘技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)管理與監(jiān)督。
徐樹文
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