綜采工作面過(guò)應(yīng)力破碎區(qū)安全技術(shù)措施

溫偉翔

（潞安古城煤礦建設(shè)管理處，山西 長(zhǎng)治 047105）

1 概況

潞安古城煤礦N1305 工作面位于井田東翼，北部為N1305 工作面，東部為實(shí)體煤，南部為N1305工作面，西部為東翼大巷。

N1305 工作面設(shè)計(jì)走向長(zhǎng)度為1339m，傾向長(zhǎng)度為187m。工作面回采煤層為石炭系3#煤層，平均厚度為6.32m，平均傾角為3°，煤層中含泥巖、炭質(zhì)泥巖夾矸0～2 層。3#煤層無(wú)偽頂，直接頂主要以泥巖為主，平均厚度為3.44m，基本頂主要以砂質(zhì)泥巖、粉砂巖混合巖層為主，平均厚度為11.5m，基本底主要以細(xì)粉砂巖為主，平均厚度為5.78m。工作面采用低位放頂煤回采工藝，機(jī)械采煤高度為3.5m，放煤高度為2.82m。

N1305 工作面回采至515m 處，位于42#～53#支架之間頂板出現(xiàn)破碎現(xiàn)象，頂板穩(wěn)定性差，導(dǎo)致支架出現(xiàn)工作阻力不足現(xiàn)象，工作面推進(jìn)速度不足3.8m/d。

2 工作面頂板破碎機(jī)理

（1）斷層破壞煤體。根據(jù)工作面鉆孔資料顯示，N1305 工作面524m 處有一條F6 正斷層。斷層從40#支架向尾方向依次揭露，斷層落差為1.2m，傾角為54°。受斷層影響工作面煤體穩(wěn)定性遭到破壞，導(dǎo)致斷層上下盤(pán)處煤體膠結(jié)穩(wěn)定性差，呈破碎狀態(tài)。

（2）煤體穩(wěn)定性差。N1305 工作面回采的3#煤層穩(wěn)定性相對(duì)較差，煤體普氏系數(shù)f=1.5m，硬度低。受采動(dòng)以及構(gòu)造應(yīng)力影響頂煤破壞嚴(yán)重，無(wú)法形成完整、穩(wěn)定的承載梁，導(dǎo)致工作面過(guò)斷層破碎帶期間，頂煤出現(xiàn)斷裂、破碎現(xiàn)象。

（3）回采速度快。N1305 工作面回采速度快，平均9.8m/d，造成工作面采空區(qū)垮落不及時(shí)，集中應(yīng)力不能快速前移，造成支架頂梁上方出現(xiàn)短暫應(yīng)力集中區(qū)，頂煤應(yīng)力破壞嚴(yán)重，出現(xiàn)破碎現(xiàn)象。

3 安全回采技術(shù)措施

3.1 注漿加固技術(shù)

（1）注漿加固技術(shù)原理。工作面在回采過(guò)程中破壞了煤巖體物理力學(xué)性質(zhì)，導(dǎo)致煤巖體破碎。通過(guò)對(duì)破碎煤巖體高壓注入粘接材料，對(duì)煤巖體裂隙帶、碎塊進(jìn)行粘接、封堵，從而提高破碎煤巖體穩(wěn)定性，降低應(yīng)力對(duì)其破壞作用。

（2）注漿材料。通過(guò)對(duì)破碎區(qū)域施工窺視孔觀察發(fā)現(xiàn)，應(yīng)力區(qū)頂板局部區(qū)域相對(duì)破碎，所以僅采用化學(xué)材料加固效果相對(duì)較差，決定采用快速水泥及聚氨酯聯(lián)合注漿。注漿水泥采用PI62.5 型號(hào)的水泥，水泥砂漿配比為水泥∶細(xì)沙∶速凝劑為1:1:0.5。

（3）注漿設(shè)備。采用ZKSJ200 砂漿注漿機(jī)以及SMFB1.2/45 型氣動(dòng)注漿泵進(jìn)行聯(lián)合注漿施工。

（4）注漿工藝。① 采用淺、深孔聯(lián)合注漿施工工藝。淺孔主要是對(duì)工作面端面頂板進(jìn)行快速加固，深孔主要是對(duì)工作超前應(yīng)力區(qū)頂板進(jìn)行超前加固。② 淺孔施工在端面破碎頂板處，淺孔深度為3.0m，鉆孔直徑為40mm，鉆孔與頂板夾角為60°，鉆孔間距為3.0m，排距為4.0m，如圖1 所示。③ 深孔施工在工作面煤壁處，距頂板間距為1.0m，鉆孔直徑為50mm，深度為6.0m，鉆孔與頂板夾角為45°，鉆孔間距為3.0m，排距為5.0m。④ 鉆孔施工完后分別采用砂漿泵及氣動(dòng)注漿泵對(duì)鉆孔依次注入水泥砂漿及聚氨酯粘合劑。水泥砂漿注漿壓力為3.0MPa，聚氨酯注漿壓力為1.2MPa。

圖1 N1305 工作面頂板破碎區(qū)注漿鉆孔布置示意圖

3.2 安全管理措施

（1）為了防止采煤機(jī)一次性割煤時(shí)出現(xiàn)頂板局部垮落，在過(guò)應(yīng)力破碎區(qū)決定采用分層松動(dòng)爆破施工工藝。先進(jìn)行下分層爆破，再進(jìn)行上分層爆破，每次爆破長(zhǎng)度為10m，爆破后及時(shí)超前移架支護(hù)頂板。

（2）工作面破碎頂板采取注漿加固2～3h 后再繼續(xù)回采，在過(guò)應(yīng)力破碎區(qū)時(shí)應(yīng)降低回采深度，回采深度控制在0.5m 范圍內(nèi)，采用分段移架工藝，縮短破碎頂板暴露時(shí)間。

（3）工作面過(guò)破碎區(qū)期間，為了防止液壓支架頂梁與注漿加固頂板產(chǎn)生剪切破壞，在破碎區(qū)域支架可采用搭梁法進(jìn)行移架，每?jī)杉苤Ъ茼斄荷箱佋O(shè)5 根長(zhǎng)度為3.5m 工字鋼梁，鋼梁間距為1.5m。

（4）工作面在過(guò)破碎區(qū)域期間，若煤壁片幫嚴(yán)重或端面頂板下沉嚴(yán)重，可在破碎區(qū)域頂板施工超前錨桿或鋼針支護(hù)，移架時(shí)支架緊貼超前支護(hù)體帶壓擦頂移架，防止集中應(yīng)力對(duì)工作面頂板超前破壞作用。

（5）每個(gè)循環(huán)回采結(jié)束后，應(yīng)及時(shí)調(diào)整工作面?zhèn)涡保ＷC工作面“三直兩平”，嚴(yán)禁頂板有坡度變化、底板留底煤?；夭善陂g若出現(xiàn)煤壁片幫時(shí)，必須補(bǔ)打玻璃鋼錨桿進(jìn)行煤壁臨時(shí)維護(hù)。

（6）工作面在回采過(guò)程中，若出現(xiàn)局部冒落現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)施工人工假頂進(jìn)行維護(hù)，防止冒落頂板范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。

4 效果

截至2019 年6 月25 日，N1305 工作面已回采至570m，完全通過(guò)了應(yīng)力破碎區(qū)，過(guò)破碎區(qū)總長(zhǎng)度為55m。通過(guò)對(duì)應(yīng)力破碎區(qū)采取注漿加固技術(shù)后，破碎區(qū)煤巖體穩(wěn)定性得到了有效提升，煤巖體單向抗壓強(qiáng)度由13MPa 提高至48MPa，工作面端面頂板能夠形成相對(duì)穩(wěn)定的承載梁，防止了頂板破碎、煤壁片幫現(xiàn)象。在過(guò)破碎區(qū)期間，工作面最大端面距控制在0.4m 以下，頂板未出現(xiàn)嚴(yán)重破碎現(xiàn)象。工作面回采至524m 處時(shí)由于受斷層影響，在47#支架前方出現(xiàn)冒落區(qū)域，冒落高度為1.3m，但采取施工人工假頂、超前支護(hù)等安全管理技術(shù)措施后，冒落現(xiàn)象得到控制。工作面過(guò)破碎區(qū)平均回采速度為6.2m/d，取得了較好成效。