綜放工作面破碎頂板加固煤巖體材料應用技術分析

冀海鴻

（山西華陽新材料科技集團有限公司，山西 陽泉045000）

一礦是華陽新材料科技集團（原陽煤集團）的特大型主力礦井，核定生產能力850萬t/a，采用走向長壁后退式綜合機械化放頂煤一次采全高采煤方法。礦井隨著開拓延伸，逐步進入構造密集發(fā)育區(qū)，開采條件收到很大影響。81304工作面由于受構造影響，工作面片幫嚴重，頂板破碎流煤，導致支架不能有效接頂，頂板管控難度較大，不利于礦井高產高效的發(fā)揮。為此試用由煤礦加固煤巖體用硅鹽酸改性聚氨酯材料對工作面頂板破碎地段進行注膠維護，加固破碎圍巖,保障工作面正常推進，取得了很好的效果。

1 工作面狀況

81304工作面工作面地表位于四十畝梁以東，皇墓溝以南，高家溝以西，營房溝以北的山梁溝谷地帶。工作面上方有三條河流穿過，分別為狼窩溝河、白龍廟溝河和皇墓溝河。井下位于十三采區(qū)軌道巷以西，81306工作面（正在掘進）以南，十五采區(qū)（未掘進）以東，81302工作面（已經回采）以北。采用走向長壁后退式綜合機械化放頂煤一次采全高采煤方法；雙滾筒采煤、落煤和裝煤，液壓支架維護頂板和放頂煤，前部刮板輸送機和后部刮板輸送機運煤；全部垮落法管理頂板。工作面煤層賦存穩(wěn)定，煤層結構6.29 m，煤層總厚度最大6.73 m，最小5.93 m，平均煤厚6.29 m，煤層節(jié)理發(fā)育。煤層節(jié)理產狀：30°∠60°于2020年10月30日推進至238 m處開始遇構造集中帶，先后硬過3個構造，2個陷落柱和1個撓曲構造，構造參數為，陷落柱36×20 m、49×34 m，撓曲：254°∠18°，褶幅3 m，最大影響范圍55-148架，其中55-144架全巖，145-148架割底1.2 m。受構造影響，工作面77架-148架煤壁片幫嚴重，頂板破碎，90-120架采高低，最低處采高1.65 m，前期主要采用三礦豐源生產的煤巖體加固材料，由于豐源生產的煤巖體加固材料對煤巖體交接處粘結效果差，頂幫維護效果不好，需二次上梁維護，安全系數較低。

2 材料特性及注膠方案

2.1 材料特性

根據國家煤礦安監(jiān)局關于印發(fā)《煤礦井下反應型高分子材料安全管理辦法（試行）的通知》（煤安監(jiān)技裝〔2020〕18號），第十六條規(guī)定：依法取得煤礦礦用產品安全標志的高分子材料方可入井使用。該煤礦加固煤巖體用硅鹽酸改性聚氨酯材料，已取得煤安標志，其特性主要為：抗壓強度高約39 MPa，反應時間可調控；反應溫度低，閃點高、阻燃、抗靜電；注入煤巖體后安全性好。

2.2 技術參數（見下頁表1）

2.3 注膠方案

通過現場勘查，工作面77號—148號支架處均存在不同程度片幫冒頂，由于工作面條件較差，試用材料數量有限，本次選用在84號—94號支架間進行注漿加固。

此次設計注漿試驗分兩個循環(huán)，第一個循環(huán)在84號、86號、88號、90號、92號支架處各布置一個鉆孔進行注漿，在工作面推進2—4刀后，在85號、87號、89號、91號、93號支架處各布置一個鉆孔進行注漿。

鉆孔布置方案：在支架下方煤壁500 mm處布置一排鉆孔，鉆孔深度5 m，鉆孔直徑42 mm，角度斜向上25°，鉆孔間距3.0 m，封孔器放在開孔1.0~1.5 m處，單孔注漿量不少于80桶。孔距、孔深、鉆孔角度及單孔注漿量可根據現場實際情況進行局部調整，具體如圖1所示。

表1 材料的技術參數

圖1 鉆孔布置圖

3 現場施工情況

開始試驗使用加固材料在工作面頂板破碎地段進行注膠加固，因工作面77—148架存在不同程度的片幫、冒頂，未完全按照原定注膠方案施工，現場注膠地點現場確定，注膠孔布置方案：在支架下方煤壁500 mm處布置鉆孔，鉆孔深度5 m，鉆孔直徑42 mm，角度斜向上25°，封孔器布置在開孔1.0~1.5 m處，單孔注膠量根據現場實際確定。由于加固材料在過構造后期投用，工作面片幫、冒頂等問題較過構造初始階段更為嚴重，加固材料單孔平均注膠量為1.86 t，至2020年12月3日共注膠67.175 t。

4 注漿后效果及對比分析

4.1 頂板管理方面

采用煤礦加固煤巖體用硅鹽酸改性聚氨酯材料后，破碎煤巖體加固為一個整體，工作面頂板管理得到有效改善，片幫、頂板破碎現象明顯減少，不需上梁維護，頂板得到有效控制，片幫流煤現象減少。機組在注膠區(qū)段截割后發(fā)現，該產品對煤巖體裂隙充填效果較好，煤體膠結明顯，注膠區(qū)域煤壁片幫、頂板破碎現象得到有效控制，如圖2所示。

圖2 加固頂板及煤壁情況

4.2 推進度方面

81304工作面于2020年11月8日開始過大型復合構造，至2020年11月23日共推進13.3 m，日均推進度0.83 m，日均產量2 115 t；2020年11月24日頂板穩(wěn)固后開始恢復推進，2020年11月24日至2020年12月3日工作面共推進18.1 m，日均推進度為1.81 m，日均產量3 803 t，超產180%。使用加固材料后，推進速度和產量得到大幅度提升。維護費用降低1 247元/m。工作面機尾三角煤煤壁平直，片幫、冒頂次數明顯減少，控制巷道變形能夠滿足通風、行人斷面的安全生產要求。

5 結語

采用煤礦加固煤巖體用硅鹽酸改性聚氨酯材料能有效改善圍巖松散結構及機械性能，增強圍巖的整體強度，杜絕零打碎敲的頂板事故，且過大型復合構造期間日推進度能達到兩刀，推進速度和產量得到大幅度提升，創(chuàng)造了良好的安全和經濟效益，為礦井安全高質量發(fā)展創(chuàng)造了條件。