掘進工作面過頂板破碎帶支護方式研究

程光鵬

（山西汾西正善煤業有限責任公司，山西 孝義 032300）

0 引言

采煤期間的相關技術措施應用和執行不規范等都是煤礦工業安全運行的一個關鍵隱患。在煤礦開采期間，掘進工作面破碎帶時頂板支護是煤炭開采期間的一項重要和基礎性工作。隨著煤礦開采技術快速發展，加強掘進工作面破碎帶支護是保證煤礦開采作業順利進行的關鍵。因此，要從影響煤礦開采中安全影響因素入手，做好分析，堅持安全第一原則，做好支護工作，保證后續開采作業能夠穩定進行，減少事故發生。

1 掘進工作面頂板破碎事故危害與引起事故的原因

1.1 事故危害

掘進工作頂板破碎事故危害主要體現在以下方面：）局部片幫、冒頂事故，會導致煤礦開采中采用的設備受損，或者煤礦開采中的工作人員發生傷亡[1]。大面積冒頂事故的發生會形成大量颶風，情況嚴重時會導致工作面出現推垮工作面情況，導致人員發生傷亡。

1.2 引起事故的原因

引起掘進工作面頂板破碎帶事故原因主要體現在以下幾個方面：

1）未探測好地質情況，地質條件在煤礦開采期間，地質條件會發生改變，沒有精準進行預報。

2）沒有做好支護設計作業，整體設計存在缺陷，支護不合理。

3）未嚴格依據煤礦工程具體情況進行規程編制，整體編制不夠詳細，與實際情況不符。

4）針對破碎帶沒有采取補強支護方式處理。

5）支護質量未達到預期，或者出現失效情況。

6）頂板出現破碎情況。

7）掘進工作面一旦發生突遇構造，未及時采取針對性措施處理。

2 工程概況

某礦1310 工作面回風巷位于1310 工作面回西部位置，西臨1309 回采工作面，東臨1309 高抽巷，北面與1310 工作面切眼相連接，南面與采區集中膠帶巷相連接，整體長度約為1 168.8 m。

1310 回風巷沿著4#煤層底板開展掘進作業，這個斷面是一個長4.8 m，寬3.6 m 的矩形。煤層直接頂厚度約為5.24 m，主要為灰色砂質泥巖；老頂厚度約為8.82 m，為灰-深灰色細粒砂巖；老底厚度約為2.31 m，為深灰粉砂巖；直接低厚度約為2.18 m，為深灰色炭質泥巖，通過對整個巖體結構進行分析可以發現，整體巖體結構相對較為穩定。

2019 年5 月10 號，礦方依據采掘銜接計劃，開展1310 回風巷掘進作業。在這一施工作業開展期間，1309 回采作業面推進到距停采線之間的距離長度約為152.5 m，與二采區集中膠帶巷之間距離長度約為209.5 m。

3 支護施工技術方案分析

在煤礦開采期間，對于1310 回風巷施工開展時遇到的各種特殊情況，針對遇到的情況進行探討與分析，最終決定將1310 回風巷分為破碎帶和正常區域兩個部分，其中破碎帶位于整個區域的北部，長度約為519.8 m，正常區域則位于北部，長度約為548.5 m，為了確保整個煤礦開采作業能夠順利進行，避免發生安全事故，針對不同區域要制定不同類型的支護技術方案，整體施工開展要嚴格依據制定好的方案進行。

3.1 正常區域段采取的支護方案

正常區域段支護作業參照相鄰作業面的支護參數開展，具體支護開展時需要注意的內容如下：

3.1.1 兩幫支護

采取2.2 cm×200 cm 高強度螺紋鋼錨桿，實際布置時，為了確保采用的高強度螺紋鋼錨桿能夠發揮出支護效果，每排布置5 根，對于現場中的錨桿要配置尼龍尼組球形墊和墊圈，同時，利用樹脂錨固劑對端部進行加固處理，對于采用的錨桿，預緊力矩要控制在310～350 N·m 之間，而錨桿錨固力需要控制在100 kN以上[2]。工作人員靠1309 運巷側巷幫搭設了兩根單體錨索，間排距為170 cm×180 cm，配套采用28 cm×28 cm×1.5 cm 拱形鋼托盤，要控制好拱高，具體高度不得超過5.5 cm，采用錨固劑做好固定作用，保證錨索預緊力始終都保持在210 kN 以上，同時，為了使錨索預緊力損失情況能夠得到彌補，具體設計時，應當不低于290 kN。

3.1.2 頂板支護

每排都采取2.0 cm×230 cm 高強度螺栓鋼錨桿5 根，間排距為88 cm×88 cm，為了確保錨桿作用能夠得到合理發揮，要與尼龍尼阻球形墊及墊圈配套應用，利用樹脂錨固劑加長錨固，針對每根錨桿都采用樹脂錨固劑，通過圓鋼焊制和鋪設金屬網方式在作業現場制作一個鋼筋梯子梁，錨桿預緊力需要控制在310～350 N·m 之間。錨索預緊力的設計與兩幫設計標準相一致。

3.2 破碎區域支護方案

通過技術對比分析，結合經驗數據，在煤礦開采作業進行時，針對頂板破碎區域，加強支護作業可以采取下列方式進行：

1）以原有巷道支護為基礎，通過對鋼槽錨索、錨網進行應用，通過加密方式，完成支護，從而提高破碎區域穩定性，避免發生安全事故[3]。

2）進入頂板破碎帶區域后，為了提高支護整體穩定性，要對槽鋼錨索方式進行適當改變，采取排槽鋼方式，通過這一方式，提高頂板穩定性。

3）針對現場具體情況進行全面分析，依據現場情況加以調整，在與巷道具體走向保持平行，搭設順巷槽鋼錨索[4]。

4）巷道頂板破碎帶將會致使頂板錨桿預緊力無法達到事先設計好的數值，針對這一現象，可以在錨桿附近補打一個長度為4.2 m 的單體錨桿，通過對其進行應用，能夠實現對巷道的加強支護，提高其穩定性。

5）通過對巷道情況進行分析可以發現，巷道壓力顯現十分顯著，巷道頂板發生了較為嚴重破碎情況，這將會致使部分錨桿在應用時發生失效，具體情況要通過現場具體情況進行充分評論而定，在采取原支護基礎上，通過架設π 型鋼梁棚支護[5]。

6）受1310 工作面斷層區域地質條件因素影響，巷道頂板破碎將會提高頂板控制難度加大，針對斷層前后12 m 范圍內，通過超前預注漿、后支護等方式，提高巷道在煤礦開采時的穩定性，使巷道承壓強度能夠得到進一步提高，達到加固松軟破碎圍巖目的。

7）通過注漿方式對頂板進行控制，工作人員要對現場具體情況進行全面分析，依據現場情況開展密集穿管作業，實現對巷道頂板的有效控制。

3.3 注入馬麗散

針對1310 工作面情況，針對部分區域出現的破碎帶，可以通過注入馬麗散方式，保證頂板穩定。馬麗散是一種具有加強機械性能和粘合力較強的聚亞膠脂產品，將其注入地層后，能夠在幾秒之內保持液體狀態，滲入細小裂縫中，馬麗散灌入后，能夠快速發生黏結與膨脹，實現對周圍巖體松動圈的加固，形成一個整體，從而使圍巖整體承載力得到進一步提高，避免巷道頂板發生垮落現象，做好相應控制作業。實際作業開展時做法如下：在巷道迎頭沿支架梁煤體內一共布置了5 個注孔，孔間距要控制在100 cm 以內。注入馬麗散施工工藝具體流程：打孔、埋設注漿管、安裝封口器、采用膠管連接注射槍和注漿泵、將兩根吸管插入裝有樹脂和催化劑桶內、開展注漿、沖洗設備、停泵、完成注漿。在開展打眼作業時，為了確保后續施工能夠順利進行，保證頂板穩定，孔眼直徑大小為4.0 cm，孔深為820 cm。具體注漿作業開展時，每孔注漿量要按照依據注漿壓力進行明確，控制好注漿壓力，注漿壓力要控制在6～8 MPa 之間，或者發生大面積漏漿現象時，要停止注漿，或者換一個孔開展注漿作業，具體注漿時，要由上向下開展[6]。除此之外，在煤礦開采期間，例如采煤冒頂、片幫等相似狀況，也可以采取注入馬麗散方式治理。

4 結語

通過對該礦的1310 回風巷掘進工作面過頂板破碎帶情況進行分析，最終決定采取量和支護方式+局部注入馬麗散方式處理，保證經過處理后的頂板破碎帶效果良好，確保底板下沉量不會超過32 cm，而兩幫移近也可以控制在48 cm 以內。針對其他地質相似的煤礦掘進工作面，可以對這一支護方式進行應用與推廣。