綜采工作面煤壁片幫冒頂區(qū)的管理實(shí)踐

【摘 要】綜采工作面遇到斷層、煤層破碎帶或煤頂區(qū)等地質(zhì)構(gòu)造時(shí)，由于受構(gòu)造應(yīng)力的影響，往往造成煤層頂板起伏變化大，煤體破碎，煤壁片幫冒頂，需要人員進(jìn)入煤壁使棚維護(hù)作業(yè)。這樣不僅嚴(yán)重制約了工作面的推進(jìn)速度，還給安全管理帶來(lái)極大的困難。我礦回采的綜采工作面出現(xiàn)片幫冒頂區(qū)后經(jīng)過(guò)摸索實(shí)踐，總結(jié)了一套對(duì)煤壁片幫冒頂區(qū)的管理方法，通過(guò)對(duì)煤壁注漿加固等方式有效的控制了煤壁片幫冒頂區(qū)范圍的擴(kuò)大，并安全快速的通過(guò)了片幫冒頂區(qū)。

【關(guān)鍵詞】綜采工作面；片幫；冒頂；頂板管理；注漿

一、工作面概括

Ⅱ10111綜采工作面屬于Ⅱ101采區(qū)左翼工作面，走向長(zhǎng)910m，傾向長(zhǎng)163m；煤層厚度0～4.9m，平均2.54m。工作面整體為一單斜構(gòu)造，地層傾角較為寬緩，局部變化較大，一般在8°～22°之間，構(gòu)造帶附近可增大到37°，該區(qū)域中小斷層發(fā)育，在工作面掘進(jìn)過(guò)程中先后揭露44條大小不同的斷層，其中落差2.0m以上的有19條。在斷層附近煤巖層傾角增大，同時(shí)存在煤層變薄、分叉、相變?yōu)樘抠|(zhì)泥巖、巖石破碎等現(xiàn)象。工作面共安裝ZY6800-17/36型液壓支架109架，MG400/920-WD煤機(jī)1部，SGZ800/800運(yùn)輸機(jī)1部，PLM-1000破碎機(jī)1部，SZZ764/160轉(zhuǎn)載機(jī)1部，DSJ-150皮帶機(jī)3部。

2010年11月份工作面機(jī)巷間隔5m先后揭露正斷層DF210111-40 180°∠50°H=4m和 DF210111-55 170°∠50°H≥4m，回采方向煤層上升，且煤層厚達(dá)7m，并向風(fēng)巷方向延伸。由于斷層段頂板破碎，斷層落差較大，工作面跟煤頂回采，煤壁出現(xiàn)大范圍片幫冒頂。通過(guò)煤壁注漿、提車提架控制采高，加強(qiáng)片幫冒頂區(qū)支護(hù)管理，有效地控制了片幫趨勢(shì)，安全快速的通過(guò)了片幫冒頂區(qū)。

二、煤壁片幫冒頂原因分析

根據(jù)工作面力學(xué)分析可知，工作面支架和圍巖共同承載頂板巖層的壓力，其中很大一部分頂板壓力作用到煤壁。煤壁的煤體受頂板壓力作用，當(dāng)頂板及煤壁對(duì)煤體的壓力和剪切力超過(guò)煤體本身的抗壓能力和抗剪能力，煤壁煤體就要脫離煤層，出現(xiàn)片幫冒頂現(xiàn)象。如何控制煤壁片幫冒頂，關(guān)鍵一是增加煤體本身的抗壓和抗剪能力，即增加煤體的強(qiáng)度和韌性，可通過(guò)煤體注漿實(shí)現(xiàn)；二是減小頂板對(duì)煤壁的壓力，即提車提架控制采高。

三、工作面煤壁注漿

注化學(xué)漿對(duì)工作面破碎煤體或頂板巖層進(jìn)行粘結(jié)、加固，能有效改善煤體、巖層的力學(xué)性能，提高煤體、巖層的抗壓強(qiáng)度，使煤體和頂板巖層形成相對(duì)主動(dòng)式的加固承載體，充分利用和調(diào)動(dòng)巖層的自身承載能力，并通過(guò)化學(xué)漿液的作用使煤幫及頂板破碎巖層重新達(dá)到完整的目的。工作面出現(xiàn)片幫冒頂區(qū)后，首先對(duì)片幫冒頂區(qū)的延伸方向進(jìn)行注漿，中止片幫冒頂區(qū)范圍的擴(kuò)大化，然后對(duì)片幫冒頂區(qū)進(jìn)行循環(huán)注漿，保證構(gòu)造段煤體的強(qiáng)度和自身的承載能力。

（一）加固材料的說(shuō)明

永固-S是一種低粘度，雙組分合成的液態(tài)有機(jī)高分子樹脂材料，流動(dòng)性好，可注性強(qiáng)，其聚合物柔韌性好，強(qiáng)度高。用高壓灌注進(jìn)行加固時(shí)，樹脂和催化劑摻在一起進(jìn)行反應(yīng)，當(dāng)它被高壓推擠，注入到煤巖層裂縫（在高壓作用下可以使煤巖層的閉合裂隙張開），可沿煤巖層裂縫延瞻直到將所有裂隙（包括肉眼難以覺察的裂隙及在高壓作用下重新張開的裂隙）充填滿。具有極好的粘合能力與地層形成很強(qiáng)的粘合；良好的柔韌性能承受隨后的地層運(yùn)動(dòng)；能提高地層的支撐力，機(jī)械阻力高。對(duì)工作面煤體或圍巖進(jìn)行加固處理后，可提高煤體或圍巖自身的承載能力和整體的抗壓強(qiáng)度，從而減少很多為維護(hù)頂板而做的繁雜工作，提高工作面的推進(jìn)速度，并為安全生產(chǎn)提供保證。

（二）注漿方案

針對(duì)該工作面的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，并依據(jù)永固-S的性能，在注漿對(duì)工作面進(jìn)行加固時(shí)，首先要保證加固范圍的整體連接及加固深度的循環(huán)次序。

1、工作面注漿加固時(shí)，必須保證孔間距3-5m（可根據(jù)擴(kuò)散范圍適當(dāng)修改），注漿孔深為8m，封孔深度為2m，起孔位置在頂板線以下1m左右，向上仰10°。一循環(huán)注漿結(jié)束后再割煤。在割煤推進(jìn)4-6m時(shí)，方可開始下一循環(huán)注漿，這樣即可保證工作面上、下注漿加固范圍的緊密連接，也可保證前后注漿加固區(qū)域的良好結(jié)合，確保注漿加固范圍內(nèi)頂板的完整性。

注漿孔布置圖

2、注漿工作結(jié)束后，工作面在割煤推進(jìn)過(guò)程中，一定要保證支架及時(shí)前移，起到對(duì)頂板的及時(shí)支護(hù)，并打開護(hù)幫板對(duì)煤壁進(jìn)行護(hù)幫，這樣加固后的完整頂板與支護(hù)的支架形成統(tǒng)一的相互作用和相互支持的共同承載體。

3、根據(jù)現(xiàn)在現(xiàn)場(chǎng)情況，可按上述注漿加固施工方案執(zhí)行，如工作面出現(xiàn)其它情況時(shí)，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，對(duì)方案做適當(dāng)調(diào)整，做到因地制宜。

四、工作面提車提架控制采高

工作面煤壁片幫冒頂，必須提車提架控制采高。根據(jù)力學(xué)分析可以知道，工作面采高越大，支架及煤壁需要支撐的頂板巖層越厚，壓力越大；反之，采高越小，壓力越小。如果正常的通過(guò)煤機(jī)減少臥底量提車顯然不能滿足快速提車提架的要求。在回采期間，快速提車，可在煤機(jī)割煤時(shí)在煤壁留有160±20mm的上升臺(tái)階，使用千斤頂配合鏈條、馬蹄環(huán)進(jìn)行。吊車時(shí)可使用工具：缸徑80～120mm的千斤頂2～3個(gè)，直徑不小于12mm的C型鉤4～6個(gè)，8t的馬蹄環(huán)2～3個(gè)。吊車時(shí)選擇合適吊車位置將千斤頂?shù)纳峡子民R蹄環(huán)連接到支架頂梁下，將千斤頂伸出，把千斤頂?shù)南驴子肅型鉤連到運(yùn)輸機(jī)溜槽煤壁側(cè)起吊孔上，間隔1～2架安裝好第二個(gè)千斤頂。起吊時(shí)必須確認(rèn)各部位連接可靠，人員全部撤到支架里面，兩個(gè)千斤頂同時(shí)緩慢供液，將運(yùn)輸機(jī)吊起后上下6架同時(shí)安排人員緩慢推移運(yùn)輸機(jī)，將運(yùn)輸機(jī)起高同時(shí)推移到位。

起吊時(shí)如千斤頂較短，無(wú)法用C型鉤直接連接到運(yùn)輸機(jī)溜槽起吊孔上，可用直徑不小于12mm的短鏈條配合C型鉤連接。吊車時(shí)必須將人撤至安全處，防止C型鉤崩斷傷人，C型鉤變形的必須及時(shí)更換。

建議每刀提車量控制在160±20mm，推移運(yùn)輸機(jī)寬度符合要求，嚴(yán)禁滯后，防止工作面出現(xiàn)擠架現(xiàn)象。

五、工作面片幫冒頂區(qū)管理

過(guò)片幫冒頂區(qū)期間，工作面必須及時(shí)提車提架控制采高跟頂回采，如發(fā)生冒頂支架上方應(yīng)裝木垛接實(shí)頂板使支架能升上勁。保持工作面平直，禁止出現(xiàn)工作面向老塘彎的情況，防止擠架、歪架現(xiàn)象。

對(duì)片幫冒頂區(qū)必須超前帶壓移架支護(hù)頂板，移架時(shí)同時(shí)打開移架和降柱手把，支架前移時(shí)停止降柱，稍降支架前梁，邊向前移架邊收支架伸縮梁，使伸縮梁始終緊貼煤壁；支架移設(shè)到位后及時(shí)升柱，并打開護(hù)幫板抵到煤壁，防止煤壁片幫掉頂。

頂板破碎難以控制時(shí)配合單體支柱帶壓移架，支柱一頭支設(shè)在相鄰支架柱窩內(nèi)，一頭支設(shè)在支架前梁上，單體打牢，升上勁，拴牢防倒繩，人員撤離5m 以外，防止單體崩倒傷人；然后立柱稍降開始移架，同時(shí)單體供液，支架前移到位后升柱、同時(shí)落下單體。

如果煤壁片幫冒頂嚴(yán)重，頂板空頂較高且不穩(wěn)定，難以進(jìn)入人員維護(hù)時(shí)，可以在割煤前稍收支架護(hù)幫板，同時(shí)伸出伸縮梁，將煤壁冒落的矸石稍稍放出后立刻再打開，直至將伸縮梁和護(hù)幫板全部打開。然后煤機(jī)從支架伸縮梁和護(hù)幫板保護(hù)下割煤，防止煤壁繼續(xù)片幫漏頂。如果矸石較碎，可以在伸縮梁端用單體配合木料背幫，控制煤壁，割煤時(shí)割一架收一架，盡量使煤壁少漏矸石，盡快將支架、運(yùn)輸機(jī)推至煤壁。

過(guò)片幫冒頂區(qū)時(shí)還應(yīng)加強(qiáng)支架檢修工作，保證工作面液壓管路無(wú)漏、竄液現(xiàn)象，支架各部位千斤頂靈活可靠，正常使用。

六、結(jié)語(yǔ)

Ⅱ10111綜采工作面在過(guò)片幫冒頂區(qū)期間通過(guò)煤壁注漿管理，及時(shí)提車提架控制采高，加強(qiáng)片幫冒頂區(qū)頂板管理，減少了人員進(jìn)入煤壁維護(hù)的工作量，增加了職工作業(yè)安全系數(shù)，工程質(zhì)量達(dá)到了較好的效果。工作面月度推進(jìn)26m，產(chǎn)煤32000多噸，保證了安全順利生產(chǎn)，為今后綜采工作面過(guò)斷層、煤頂段、煤層破碎帶時(shí)，防止或處理煤壁片幫冒頂積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

【參考資料】

[1]徐永圻.《煤礦開采學(xué)》 徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，1999

[2]淮北礦業(yè)集團(tuán).《采煤生產(chǎn)技術(shù)管理規(guī)定》2006年版本

[3]岑傳鴻、竇林名. 《采場(chǎng)頂板控制及監(jiān)測(cè)技術(shù)》徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，2005