支架過冒頂區施工方法

劉寶玉，李國平，楊 博

(彬縣煤炭有限責任公司，陜西 咸陽 712000)

0 引言

隨著礦井開采深度的不斷增加，回采工作面地質條件日益復雜，復合頂板、軟巖頂板、地質構造等情況更為常見，對礦井開采提出了更高的要求。復雜地質條件下頂板支護更為困難，回采工作面容易出現冒頂，由于頂板冒落造成的人員傷亡、設備損毀、生產中止等事故，仍然是煤礦生產的主要災害之一，特殊的地質環境需要制定特殊的方法，才能有效減少冒頂造成的損失。

雅店煤礦1101綜采工作面架上冒頂后，頂板淋水加大，工作面處于停產狀態，在確保安全的前提下若沒有有效的處理方法，長時間拖延，一方面會給礦井造成巨大的經濟損失，另一方面頂板裂隙水會使泥巖頂板繼續惡化，造成工作面出現大范圍架前冒頂現象。為了順利解決工作面無法推進、快速通過冒頂區的問題，采用架前注射馬麗散加固頂板，施工超前通道的方式進行移架推溜，既確保安全又縮短影響時間。結合礦井試驗對此施工方法進行探討，以期取得良好的技術經濟效果。

1 工程概況

1.1 礦井概況

雅店礦井位于彬長礦區北部東側，行政劃分隸屬于陜西省咸陽市彬州市管轄，距離彬州市城區約22 km。井田西至涇河，東南及西南與胡家河井田相鄰，北以陜甘省界(四郎河)為界，井田東西長約19 km，南北平均寬約4.2 km，面積約53.056 3 km2，主采1號、4號煤層，地質資源儲量617.64 Mt，可采儲量362.77 Mt，設計生產能力4.0 Mt/a，服務年限65.2 a。礦井采用立井單水平開拓[1]，中央并列式通風方式，抽出式通風方法，在工業場地布置主井、副井、風井3個立井。井田共劃分為4個采區，目前開采一采區1號煤層1101綜采工作面。

1.2 工作面概況

1101綜采工作面是雅店礦井投產的首采工作面，也是一采區1#煤層的首采工作面。工作面北部緊鄰1102綜采工作面，西部是為整個采區服務的2條下山。1101綜采工作面走向長度3 130 m，傾向長度300 m，煤層平均厚度2.63 m，煤層埋藏深度490～750 m，工作面平均采高3.0 m，采用三巷布置，即運輸順槽、回風順槽、泄水巷。工作面采用ZY8000/17/32D型液壓支架。

1101綜采工作面煤層偽頂多為灰黑色泥巖[2]，較松軟，易風化破碎，為軟弱巖石，常同煤層隨采隨落，極不穩定。直接頂板以2～3 m泥巖、砂質泥巖為主，部分為粉砂巖，少量粗及細砂巖。煤層老頂以細、中砂巖為主，部分地段為粗粒砂巖，成分以石英、長石為主，鈣質膠結，較堅硬。煤層底板以灰色、灰黑色泥巖及砂質泥巖為主，部分為粉砂巖，富含植物根化石，遇水易膨脹。工作面平均涌水量400 m3/h，主要為頂板裂隙水，回采過程中頂板易冒落。

1.3 工作面出現的問題

1101綜采工作面機頭位置最低，回采位置在1 200 m時工作面處于俯采階段，冒頂前回采期間受機電設備影響，回采進度較慢(平均1.5刀/天)。工作面推進速度減小，煤壁前方煤體破壞深度和煤壁最大水平位移量變大，端面頂板破壞高度和端面頂板下沉量增加，煤壁片幫和端面冒頂的概率增大，加之工作面回采過程中頂板裂隙水整體流向架前、機頭位置，泥巖頂板遇水后易軟化，導致1#～8#支架傾斜，其中4#～7#支架上方出現大面積冒頂，冒落的矸石架卡支架造成液壓支架無法繼續上升且支架高度低，采煤機滾筒無法行駛至機頭位置，人工處理冒頂一方面存在安全隱患，另一方面支架高度低、頂板淋水大現場無施工空間。

2 支架過冒頂區施工技術措施

根據1101綜采工作面架前淋水大[3-5]、4#～7#支架架上頂板以及周邊圍巖現狀，首先通過向架前注射馬麗散對破碎頂板進行超前加固[6-8]，有效控制圍巖垮落，再通過施工超前通道、擴刷煤柱的方法對工作面冒頂區[9-13]支架進行推移，使支架進入完整頂板下并上升至規定高度，確保采煤機能夠安全行駛到機頭，使工作面進入正常生產狀態。

2.1 馬麗散加固

馬麗散是由2種組分組成的聚亞胺膠脂高分子聚合物，用于煤巖體加固，煤層受壓出現片幫和冒頂時的加固。該產品的高度粘合力和良好的力學及物理性能保證其與松散體產生高度粘合。馬麗散注入巖層后，低粘度混合物保持液態幾秒鐘，滲透到細小的裂縫中，發生膨脹和粘結，從而將冒落區內松散巖石膠結在一起，有效地加固圍巖松動圈，使之成為整體，提高了圍巖的整體承載能力，從而有效控制頂板的垮落。其特點：粘度低，能很好滲入到微細裂隙中；粘合性好、強度高，具有良好的塑性；良好的粘合能力，與松散體形成很好粘合；良好的韌性能適應長期的地壓影響；施工快捷簡單。

為確保超前通道、煤柱擴刷過程中頂板穩固，從1#～10#架架前向煤壁注射馬麗散對頂板進行充填加固。架前鉆孔分別呈60°鉆入，孔間距3 m，孔深為6 m，支架前梁上方為注射重點區域，注射馬麗散達到理想充填效果，有效加固破碎圍巖，膠結冒頂區域圍巖，使之整體化，為周邊圍巖提供支護阻力，如圖1所示。

圖1 超前加固煤壁及頂板Fig.1 Advance reinforcement of coal wall and roof

2.2 施工超前通道

從1101綜采工作面運輸順槽距煤壁3 000 mm處開始炮掘施工超前通道，超前通道為7 000 mm×2 000 mm×2 600 mm(長×寬×高)，如圖2所示。

圖2 超前通道平面Fig.2 Plane of advanced channel

超前通道采用錨桿+錨索+鋼筋網+16b槽鋼以及單體支柱配合鉸接梁進行支護。通道頂板每排施工4根錨索，錨索規格為φ21.8 mm×8 000 mm、間排距500 mm×500 mm，16b槽鋼橫向連接每排錨索，槽鋼每根長2 000 mm；通道幫部采用錨桿支護，錨桿規格φ22-M24-2200，間排距700 mm×700 mm；金屬網規格為φ6.5 mm×1 000 mm×2 000 mm的鋼筋焊接而成。超前通道每循環施工長度不能大于600 mm，錨網索支護完成后必須利用單體支柱配合鉸接梁進行支護后再進行下一循環施工，如圖3所示。

圖3 超前通道斷面Fig.3 Section of advanced channel

2.3 擴刷煤柱

超前通道施工完成后，沿通道走向分段擴刷3 000 mm煤柱，煤柱擴刷方向與運輸順槽方向垂直，由外向里依次進行，每擴刷600 mm為一個循環，如圖4所示。擴刷后的煤柱頂板采用錨網索(錨索間排距500 mm×500 mm)進行支護，錨索、鋼筋網規格同超前通道支護材料。一個循環錨網支護完成后，采用4.0 m長的π型梁配合4根單體支柱(即一梁四柱)對煤柱頂板進行支護，單體支柱的間排距為1 000 mm×500 mm，π型梁架設時向支架方向伸出150 mm，架設方向與運輸順槽方向平行。對超前通道原有的單體支柱支護進行替換時，要先架設π型梁，再拆除鉸接梁。

圖4 擴刷煤柱平面Fig.4 Plane of expanded coal pillar

第②、③段及以后每個循環的煤柱擴刷及支護按上述方法進行，如圖5所示。

圖5 擴刷煤柱斷面Fig.5 Section of expanded coal pillar

2.4 效果分析

通過注射馬麗散后，利用馬麗散膠結性強、滲透性強以及遇水膨脹倍數大、強度高等特點，待冒頂區破碎頂板穩固，圍巖膠結密實后，再進行刷擴施工，未再發生冒頂事故，為安全施工提供有力保障。

超前通道施工和煤柱擴刷完成后，一邊采用小截深割煤，回采8#～204#架，同步對1#～7#架進行緩慢推移，使4#～7#架進入完整的頂板下，與頂板接頂嚴實。經過緩慢回采工作面順利渡過冒頂區，恢復正常生產。

3 結論

通過超前通道施工，1101綜采工作面4#～7#架順利通過了冒頂區，工作面轉入正常生產，施工方法簡單且安全、高效，為工作面步入正常生產節省了時間，為企業挽回較大的經濟損失。此施工方法在回采工作面的成功應用，為同類型工作面遇到同類問題提供了借鑒。