三軟煤層首采工作面局部冒頂原因及控制研究

李棟浩，劉 峰

(鄭州煤電股份有限公司告成煤礦，河南 登封 452470)

0 引言

三軟煤層相對于其他煤層開采有著較大的不同，三軟煤層的頂板、底板及煤層均屬于軟弱巖層，同時，煤層巖層中裂隙發育程度較高，構造也相對復雜，在開采的過程中由于頂板較軟且裂隙較多，出現局部冒頂甚至大面積冒頂的概率相對較大，嚴重影響到工作面開采的安全性。因此，對三軟煤層首采工作面局部冒頂原因及控制進行研究有著較為重要的意義。

1 工程概況

某煤礦一采區東翼首采工作面傾斜長度358 m，走向長度2 560 m，所采煤層厚度在6 m左右，煤層傾角5°～12°，煤層垂直裂隙發育明顯，設計采用綜放開采，從當前工作面開采情況來看，隨著工作面的推進，頂板圍巖出現了明顯不穩定的情況，工作面架前出現明顯冒漏，同時在頂板冒漏嚴重的區段，也衍生出煤壁片幫問題。因此，全面做好工作面局部冒頂原因分析并采取針對性的控制措施非常關鍵。

2 影響三軟煤層首采工作面頂板穩定性的相關因素

1)巖性首采工作面頂板穩定性帶來的影響。從大量首采工作面頂板穩定性勘查來看，不同巖性的巖體包含的礦物成分不同，特別是頂板巖性中包含有較高的膨脹性軟巖成分時，在遇水等情況下，會出現明顯的吸水軟化膨脹，巖體中顆粒粘結力、摩擦力下降明顯，巖體的極限承載能力也隨之降低，導致圍巖變形量隨著時間的延長出現持續增加的情況。此外，隨著巷道埋深的增加，很多原本強度較高的巖石，在深部巷道中表現出軟巖的特點，成為了“工程軟巖”。

2)巖體結構類型。頂板巖體在長時間的地質作用下，整個巖體結構類型較為復雜，巖體結構的組合方式和立體形式直接給巖體穩定性帶來較大的影響。例如，若巖體內整體的裂隙較為發育，層間結合力較差，包含有較多的泥質物、碎屑等充填物時，巖體整體的穩定性受到較大的影響。

3)工作面采動影響。首采工作面頂板距離工作面的距離非常近，工作面選擇使用綜合機械化開采的方式，在通電之后，帶來的采動影響非常明顯。特別是在三軟煤層開采時，頂板中包含的裂隙較多，在采動影響下，裂隙被貫通的情況非常多，進一步加劇了巷道頂板的破碎程度，增加了巷道頂板出現局部冒落的概率。

3 導致三軟煤層首采工作面局部冒頂的主要原因

為掌握首采工作面出現的局部冒頂問題，對工作面進行了現場勘查，工作面出現局部冒頂的原因主要有3個方面。

1)出現局部冒頂位置的巷道整體高度較大，因為巷道高度出現了較大變化，超過了液壓支架最大的支撐高度，導致工作面頂板不能得到及時有效支護，出現頂板離層問題，最終形成網兜。

2)頂板破碎明顯。從現場勘查情況來看，在出現頂板冒漏的位置，整體的頂板就較為破碎，液壓支架又給頂板進行了反復支撐，導致頂板破碎程度增加明顯，同時也存在液壓支架將網兜錨網全部插破之后，并沒有采取針對性的措施進行控制，導致冒頂范圍擴大。

3)淋水因素影響。在出現局部冒頂的位置，處于淋水較為嚴重的地段。從現場勘查情況來看，直接頂被泥化的情況突出，整體強度下降明顯，隨著頂板浸泡時間的延長，巷道頂板出現的變形冒落問題更為嚴重，各種類型的網兜非常多。

4 三軟煤層首采工作面局部冒頂控制措施

為了實現對首采工作面局部冒頂的較好處理，本次選擇使用了化學注漿加固、打設木垛和抬棚等方式組成的復合式支護結構。

1)化學注漿加固。針對頂板出現的淋水問題，通過注漿實現淋水通道的封堵非常關鍵。在具體實施時，在超前支架前梁的位置注入馬麗散，實現對超前頂板的加固。在運輸巷道中注入馬麗散實現對端頭頂板的加固，在具體施工時，注漿孔的間隔設置在4 m左右，同時在超前工作面50 m的范圍內進行施工，全面實現對通水裂隙的有效封堵。

2)打設木垛和抬棚對冒落的區域進行支護。具體采用過渡支架將工字鋼架設起來，選擇使用工字鋼的長度為9 m，工字鋼一端放置到過渡支架上，另一端選擇使用單體支撐，每2根單體支撐1根工字鋼。木垛使用4根工字鋼支撐，實現對頂板的全面支護。同時，設計在木垛旁邊的煤壁側打設2根錨桿，實現對支護的補強。在頂板的臺階位置打設6根錨桿，全面提升支護強化，防止再次出現冒頂的情況。在進行冒頂的處理之前，工作人員全部從工作面撤出來，同時在冒頂位置向外30 m左右，設定警戒線，防止人員誤進冒頂區域出現安全事故。在進行冒頂區域的處理時，需先對冒頂的區域加強通風，瓦斯檢查人員對現場瓦斯濃度進行檢查，確保在瓦斯濃度在不高于0.8%時，才能進入到冒頂區域進行現場處理。

3)全面采取超前支護的強化。在超前支架行人側，選擇使用錨索梁進行超前頂板加強支護。在運輸巷道超前頂板，沿著巷道的方向施工雙排錨索梁，工作面在推進的過程中，錨索梁隨之推進，設計采用這種方式能夠防止回風巷道上端頭頂板出現冒頂事故的發生。從礦井三軟巷道局部冒頂控制實踐來看，通過對支架工況進行改善，選擇使用帶壓移架的方式，能夠較好防止出現局部冒頂的情況。同時，通過提升支架初撐力，可實現頂板的較好控制，有利于防止直接頂離層情況的發生，實現對局部冒頂的較好控制。在具體實施時，首先對支架的工作情況進行改善。為了較好提升頂板支撐效果，對煤壁壓力進行較好緩解，對支架支護阻力進行科學設置，確保支架不僅能夠實現對頂板的支撐，同時又有利于對煤壁片幫的情況有效緩解。選擇使用帶壓移架。在對支架移動的過程中，設計支架稍微降低，確保支架移動的過程中仍有一定的支護阻力，實現擦頂移架，有利于減低頂板離層破壞的問題，提升頂板完整性，實現對頂板的較好控制。選擇使用化學加固的方式。對于頂板出現較為破碎的區域，同時破碎的范圍也相對較廣時，可選擇使用化學材料進行加固，將化學材料壓入到破碎煤巖體的空洞或者裂隙中，讓煤巖體顆粒有效粘結在一起，形成一個完整的膠結體，提升頂板的完整性，不僅有助于控制頂板穩定，同時也有利于提升頂板的極限承載能力，對于防止頂板出現局部冒落的情況較為有利。

此外，在整個頂板冒落返修的過程中，對于各個環節施工效果加強了監管，確保各項返修技術措施均能夠高標準落實到位。特別是在打設錨桿。錨索的過程中，對錨桿、錨索安裝的位置，托盤安裝效果等進行了全面的校核，確保各項技術措施嚴格落到實處。

5 結語

全面做好三軟煤層首采工作面局部冒頂的防治工作非常關鍵，但是從當前三軟煤層首采工作面局部冒頂防治工作的開展情況來看，在很多方面還有著較大的提升空間，特別是在深部開采中，一些在淺部開采階段屬于硬巖的巖層，在復雜高應力的作用下，表現出“工程軟巖”的特點，成為了三軟煤層。因此，這就需要在進行深部開采過程中，充分認識到三軟煤層首采工作面局部冒頂防止工作的新特征、新情況，采取針對性的措施，全面提升冒頂情況防治效果。