采煤工作面回采過松軟煤層帶技術研究

師 帥

（汾西礦業正文煤業，山西 孝義 032300）

在斷層、褶曲、陷落柱等地質構造影響導致煤層松軟，從而給采煤工作面正常回采只來影響[1-2]。采煤工作面在回采至松軟煤層帶期間存在的典型問題即為煤壁片幫、頂板冒落等[3]。為此，眾多的研究學者對采煤工作面過松軟煤層帶施工技術展開研究，并提出煤層及頂板預注漿、提升液壓支架支護阻力、適當提高采面推進速度、支架頂梁鋪設金屬網等技術措施，現場取得一定的應用成果。文中對山西某礦51101 采煤工作面過松軟煤層帶為工程實例，對現場采取的煤炭回采技術進行研究。

1 工程概況

51101 工作面為11 號煤層首采工作面，采面走向、傾向長度分別為1 590 m、205 m，采面開采的11號煤層平均厚6.3 m，傾角5°，煤層賦存條件較好。51101 工作面采用綜合機械化放頂工藝，采放比為1.0∶1.1。11 號直接頂為厚度3.6 m 砂質泥巖，基本頂為厚度5.9 m 粉砂巖，直接底為厚度2.6 m 砂質泥巖。

根據礦井超前物探探測成果以及回采巷道掘進揭露資料顯示，51101 采煤工作面回采范圍內對生產影響較為明顯的地質構造包括有DF27 斷層、DF28 斷層以及X1 向斜，影響范圍集中在采面推進至1 026～1 095 m，期間11 號煤層及頂底板巖層破碎，煤層松軟。采面內地質構造見圖1。

圖1 采面內地質構造分布示意圖

2 松軟煤層帶注漿加固技術

受DF27、DF28 斷層以及X1 向斜綜合影響，51101 采煤工作面在推進至1 026～1 095 m 區段內煤層松軟、頂板巖層裂隙發育且破碎，采面回采至該區段時面臨較大的冒頂、煤壁片幫等風險。為此，提出采用超前注漿方式對松軟煤層以及破碎頂板進行加固，具體通過回采巷道、采面內進行超前注漿加固。

2.1 回采巷道超前注漿加固

2.1.1 加固鉆孔布置

通過回采巷道掘進揭露顯示，11 號松軟煤層帶主要集中在靠近運輸巷側，為此提出在運輸巷內布置超前注漿鉆孔對松軟煤層帶進行加固。具體加固范圍集中在采面1 026～1 095 m 范圍內，加固長度共計69 m。根據松軟煤層帶分布范圍，將注漿加固鉆孔長度分為25 m、45 m、50 m 三種，具體長度可根據注漿鉆孔施工期間煤層返渣情況確定。所有注漿鉆孔間距均設計為3.0 m，在巷道底板上方1.0 m 位置開孔，垂直巷道壁施工。具體注漿孔布置見圖2。

圖2 運輸巷超前注漿孔布置圖

2.1.2 注漿材料

注漿材料會直接影響松軟煤層帶加固效果，松軟煤層帶裂隙孔隙小，注漿漿液滲透難度大、擴散半徑較小。為此，提出優先使用化學漿液進行注漿，在條件允許時可輔助采用水泥漿降低注漿加固成本。鉆孔注漿壓力控制在4～8 MPa，通過高壓注漿提升松軟煤體加固效果。注漿采用2TGZ-60 注漿泵，該注漿泵適應性較強，可滿足采面超前注漿需要。

2.1.3 封孔

鉆孔漏漿是導致超前注漿效果不佳的主要原因之一，由于注漿鉆孔壓力設計為4～8 MPa，注漿壓力較高，對封孔質量以及封孔工藝提出更高要求。為避免注漿孔漏漿出現，對現有的兩堵一注封孔工藝進行改進，具體采用封孔結構見圖3 所示。注漿孔封孔長度為3 000 mm，采用的封孔材料包括有空口管（兩節長度分別為3 000 mm、6 000 mm 無縫鋼管，其中3 000 mm 無縫鋼管用以封孔，6 000 mm 無縫鋼管用以超前注漿）、麻繩，封孔材料選擇使用馬麗散。通過在注漿封孔端兩側分別布置麻繩，不僅簡化封孔工藝而且可減少封孔用馬麗散外溢量。

圖3 注漿鉆孔封孔結構圖（mm）

2.2 采面內注漿、施工玻璃鋼錨桿

在51101 采煤工作面回采至松軟煤層帶時，在采面內采用頂板鋪設、煤壁注漿方式提高頂板及煤壁穩定性，必要時可通過煤壁補打玻璃鋼錨桿進行加固。在采面回采推進至松軟煤層帶時，在支架頂梁上鋪設柔性纖維網，通過網片支撐避免支架間出現漏矸問題，為采面安全回采創造良好條件。

采面煤壁注漿鉆孔孔深均為6.0 m，布置在采面中部，鉆孔間距均為1 750 mm，仰角15°，注漿漿液選擇采用聚氨酯，注漿壓力均為2～4 MPa。玻璃鋼錨桿在煤壁上施工，每架支架前方施工2 根玻璃鋼錨桿，1 根布置在支架前探梁間隙處且有15°～20°仰角；1 根布置在煤壁中部且垂直煤壁施工。施工的玻璃鋼錨桿直徑均為16 mm，長度1 500～3 000 mm 不等，具體長度需要根據現場煤壁穩定性情況確定，在玻璃鋼錨桿間加掛W 鋼帶提高煤壁支護強度。

2.3 采面過松軟煤層帶管理措施

圖4 采面內煤壁玻璃鋼錨桿布置示意圖

1）在51101 采煤工作面回采推進至松軟煤層帶時，隨著采煤機割煤支架應及時伸出前探梁支撐煤壁；同時采用帶壓移架方式對頂板進行控制，避免煤壁受到較大壓力而誘發片幫、頂板冒落問題。

2）在生產過程中應確定頂板平直，避免支架接頂不良或者完全脫頂問題發生。在液壓支架升架時穩定供液3～5 s，確保液壓支架實際工作阻力可達到額定工作阻力的80%以上

3）在過松軟煤層帶期間嚴格按照設計采高采煤、放煤，避免出現超高、超采情況，當出現煤壁片幫或者漏頂嚴重時，可適當降低開采。

4）強化采煤內煤炭開采設備管理，采煤機割煤質量，確保支架平直、底板平整，避免出現跳臺、錯臺等問題；同時在過松軟煤層帶時可適當提高工作面推進速度，降低礦壓對生產影響。

3 結語

在51101 采煤工作面回采范圍內，在DF27、DF28 斷層以及X1 向斜綜合影響下，在采面推進至1 026～1 095 m 存在松軟煤層帶。采面在此范圍內回采時面臨較大的煤壁片幫、頂板冒落風險。為此，提出回采巷道超前注漿、采面煤壁注漿、強化設備管理等措施，確保采面過松軟煤層帶回采安全。51101 采煤工作面采用文中所述技術措施后，在松軟煤層帶內回采時，未出現煤壁片幫、頂板冒落等風險，采面可保持3.2 m/d 回采速度，實現了煤炭安全高效回采。