沿底留頂煤進風順槽松軟頂煤加固試驗

武文君

（山西省同煤集團云岡礦，山西 大同 037017）

我國存在著大量不穩定煤層賦存，山西大同礦區部分“雞窩煤”煤層賦存不穩定，地質構造復雜，煤層松軟，煤層厚度、坡度變化大。在松軟煤層條件下，巷道一般采用沿底板、留頂煤掘進，但由于煤層松軟，抗擾動能力差，圍巖難以控制，掘進期間頂煤冒落事故頻發，一直是困擾行業生產的主要問題之一。本文以云岡礦81121 工作面進風順槽掘進為案例，對不穩定松軟煤層沿底留頂煤順槽的快速安全掘進進行研究。

1 工程背景

云岡礦11-2#層311 盤區81121 工作面開采大同組11-2#煤層，埋深417～483 m。該工作面布置有皮帶順槽巷和進風順槽巷，布置位置如圖1 所示。11-2#煤層偽頂為0.2～1.3 m 的砂巖，直接頂為2.75～5.6 m 的細粒砂巖，基本頂為5.76～12.13 m 的粉砂巖，直接底為0.7～1.2 m 的泥質細砂巖，基本底為2.6～5.9 m 的泥巖。

圖1 順槽布置示意圖

81121 進風順槽長545 m，沿11-2#煤層底板掘進，采用“三八”作業制，普通鉆爆法及人工手鎬落煤施工，人工裝煤矸，人工支護架棚一次成巷。臨時支護采用前探梁支護緊跟迎頭，在巷道中心兩側各800 mm 支設兩根前探梁做臨時支護，間距為1.6 m。前探梁沿巷道走向布置，安設必須及時、穩固、有力，上方使用特殊加工的托環扣于頂板錨桿處，用木楔與頂板打緊。采用斜墻三心拱斷面，掘進下底角寬5472 mm，掘進中寬4900 mm，掘進中高3750 mm，掘進斷面為17.13 m2。采用36U 三心拱棚+阻燃塑編網+利用穿桿、半圓木等材料進行背幫背頂支護方式，棚距600 mm。

2 順槽掘進中存在的問題及原因分析

在81121 工作面進風順槽掘進過程中發現，該巷道頂部煤巖體酥軟，采用爆破落煤后對頂部煤體會產生強烈的震動，頂煤容易發生冒落，安全隱患較多。巷道掘進前期發生多次頂煤冒落情況，冒頂高度6～10 m，冒落煤巖松散體的堆積高度超過5 m，這導致后期日掘進進尺不足1.6 m。

冒落事故原因分析：11-2#煤體的堅固性系數f=0.22～0.27，屬于典型的極軟煤層，煤層條件變化大，頂煤中有薄層夾矸。11-2#煤體易吸水軟化，甚至泥化現象嚴重，失水風化，粘接性和抗拉強度極低，受壓表現為淺層明顯鼓出而深層變化較小，頂煤受擾動容易發生離層冒落，裂隙不發育，可注性差。

3 超前管棚支護+超前預注加固方案

3.1 超前管棚支護方式的應用

鉆孔布置：鉆孔布置在掘進迎頭頂角下方0.2 m處，鉆孔直徑50 mm，深度3 m，仰角20°，鉆孔間距600 mm，斷面共7 個鉆孔，編號為1～7#。鉆孔布置平面示意圖如圖2 所示。

圖2 鉆孔布置平面示意圖

3.2 超前預注加固方案

3.2.1 封孔

超前管棚施工結束后，及時利用該鉆孔進行注漿，注漿按跳孔間隔注漿方式進行，以防串漿。根據施工方案：僅注1#、3#、5#、7#共4 個鉆孔，2#、4#、6#共3 個鉆孔只進行封孔但不注漿，依靠注漿鉆孔漿液擴散來實現2#、4#、6#鉆孔的填充。該施工方案可以有效降低注漿時間，提高注漿施工效率。

封孔方式如圖3 所示。不注漿鉆孔封孔方式如圖3（a）所示，在不注漿鉆孔孔口內填塞棉紗，深度≥300 mm，防止漏漿；注漿鉆孔封孔方式如圖3（b）所示，孔口注漿管為鋁塑管，長度為2500 mm，鋁塑管外漏250 mm 連接注漿管，孔口內為500 mm 采用棉紗填塞封孔。

圖3 鉆孔結構示意圖

3.2.2 注漿材料

為增加頂煤粘接性，選用高分子注漿材料復合馬麗散。復合馬麗散為常規A 型馬麗散與B 型改性樹脂馬麗散按體積比1:1 進行混合制備而成，固化后具有強度高、阻燃、反應溫度低、適用性強等特點。

3.2.3 注漿設備

ZBQS-15/6 雙組分氣動注漿泵。工作風壓0.4～0.8 MPa，壓風流量≥5 m3/min ，輸出壓力20～25 MPa，最大注漿流量25 L/min，調節進氣閥控制輸出壓力和流量。

3.2.4 注漿壓力

一般注漿壓力是采用最大的注漿壓力，其擴散半徑大，注漿效果好。但注漿壓力太大導致頂煤出現整體底鼓和弧狀型底鼓，實踐操作中確定4～8 MPa 較為合適。

3.3 循環方式

循環加固方式如圖4 所示，掘進頭每向前掘進3 個循環，進尺1.8 m，架3 架棚，進行一次“超前管棚支護+超前預注”加固方式，保證管棚壓茬長度≥0.4 m。

圖4 循環加固方式示意圖

4 效果

對81121 工作面進風順槽150 m 長度進行了“超前管棚支護+超前預注”加固方案試驗。試驗中：單個鉆孔注漿量為0.2 t，每個斷面注漿量為0.8 t，鋼管7 根，“超前管棚支護+超前預注”循環80 個，累計消耗注漿材料64 t，消耗鋼管560 根。

進風順槽掘進長度200 m 共用時40 d，每天平均進尺5 m，試驗掘進期間無頂煤冒落情況發生。“超前管棚支護+超前預注”加固方案試驗實施前，每天平均進尺才1.6 m，對比該進風順槽掘進效率提高了2 倍，掘進效率和安全性都有了明顯的提高。