復雜地質條件下掘進工作面頂板控制技術

李彥德

摘要：眾所周知，在施工過程中容易出現各種各樣的意外事故，施工現場的工人的生命安全也容易受到極大的威脅。其實造成這種情況的原因很多，比如對整個工程的構造情況不夠了解，相應的安全保護措施不夠到位，這就為各種意外情況的發生提供了可能。我們知道，如果在比較復雜的條件下進行施工和挖掘，那會承擔非常大的風險，要有備選的方案以及相應的意外防范措施，并且需要有技術支持。

關鍵詞：復雜地質條件;掘進工作面;頂板控制技術

1掘進工作面頂板管理的重要性

煤礦開采中，強化掘進工作面的頂板重審，可以為煤礦的安全生產創造條件。在井下掘進中，會受到外力的持續作用，圍巖結構原有的平衡狀態會受到影響，圍巖結構原有的應力條件會有變化，在這種條件下，如果缺少相應的頂板，對巷道內的圍巖結構加以支護處理，會引發多種安全問題的發生，引發人員傷亡以及財產的損失。

2煤礦井下掘進工作面頂板存在的影響因素

2.1地質因素

煤炭掘進過程的安全性會受到作業區域地質條件的影響。如果巷道掘進區域的地質條件較為不利時，巷道頂板原有的壓力會發生改變，采掘安全會受到影響。比如，巷道掘進中如果碰到斷層時，頂板會發生破碎，這種情況對于安全的影響較為嚴重;巷道上有老巷存在時，會發生片幫現象等，特別是在雨季后，會出現塌陷區，頂板管理的難度也會增加。

2.2管理措施

在煤炭的井下掘進開采作業中，安全管理措施發揮著重要作用，對于保證掘進工作面頂板的安全管理起著直接的影響。如果安全管理人員缺少安全意識，缺少風險識別能力，預防措施不到位，難以對頂板安全進行的有效管理，易發生安全事故。

2.3工藝與材料的影響

進入掘進時，采用工藝與支護材料會對工作面頂板的安全產生直接的影響。井下存在復雜的地質條件，在井下掘進時，支護方案的制定要結合實際情況全面分析論證，組織技術人員與安全管理人員選擇出最符合掘進面實際的開采工藝，不能僅局限于節約成本和工時，科學的開采工藝是是保證安全生產的基礎。

3煤礦生產的地質環境概況

某礦井76軌道下山傾斜長580m，傾角15°，巷道上段120m位于7煤層中底板8到12m，下段280m位于7煤層中頂板10到15m，中段穿越落差20m的DF229斷層，巷道另穿越落差5m以上斷層7條，巷道掘進從頭到尾一共要做4次揭穿煤層的工作。7煤層厚1.62到4.50m這個范圍，平均下來厚度大概2.9m;傾角是12～17°這個范圍，平均傾角13°;從煤層來看，它的頂部大約是厚度為0～0。21m的泥巖，這種泥巖大多數顏色比較深，大概是黑色或者是黑色;與之相對的它的直接頂更厚，大概在6.27m～8.7m左右，但是這些直接頂的顏色特別淺，大部分是白色或者灰白色，基本都是粉砂巖，這種粉砂巖相較于其他巖來說它的紋理更為雜亂一些，結構比較穩定，顆粒中等。

4施工工藝流程

4.1超前探查圍巖

為了能夠預先了解巷道施工中圍巖變化，達到“提前探測，全面了解圍層”基本要求，需了解地質預報信息以及巷道圍巖發生大幅度變化情況，同時在迎頭頂部利用4.5m長風錘鉆桿沿與巷道施工坡度向上20°的夾角向頂板打探查孔，從而查看巷道頂板圍巖大致狀況，預先了解巷道頂板巖性變化情況，根據準確的地質信息與相關資料，提出相應方案，應對煤礦生產問題。在巷道揭露松軟破碎圍巖4m前，要利用骨架加固巷道頂板的辦法;在巷道揭露松軟破碎圍巖2m前，要做好提前注入化學漿固化巷道頂板的工作。

4.2提前注化學漿

面對松軟破碎圍巖，一般在巷道開挖后，圍巖之間裂隙會加大，圍巖強度會變低，這時圍巖會發生片幫冒頂，造成松動壓力。所以，在這種情況下，我們在巷道開挖時，需預先對頂板做好超前固化的工作，特別是要增強頂板的支護，要不然的話成拱難度大，頂板漏冒事件發生的概率也會因此而提高。

4.3注漿材料的選擇

馬麗散KS化學注漿材料是在充分利用法國技術，進行生產的新型高分子聚合產品。其實，馬麗散本身是粘度低的，它是種粘度不高、雙組分合成高分子一聚亞胺膠脂材料，主要適用于這些情況，比如能夠使松散巖（煤）體得以加固，以及對出水口進行封閉。它粘合力極高，機械性能好，當與巖層作用時，有極高的粘合力，可以大大的加固與密封處理的地方，增強松散巖體的整體性，以及受力性。其主要特征是：粘度低，但可以有效的滲入細小的裂隙中;粘合能力非常好，極容易和松散巖體粘合，更可以提高巖體的機械性能。當凝固后柔韌性會變得很好，固化后的狀態不收縮、不開裂，增加了巖（煤）體的機械阻力以及支撐力。在力學試驗中證明，馬麗散把松散巖體充填后平均下來的單向抗壓強度會變高，是65.8MPa，塑性變形開始載荷值在150kN以上，平均凝聚力為103MPa

4.4注漿參數的選取

通過氣動鑿巖機鉆孔，封孔器封孔，了解76軌道下山頂板巖性和局部冒頂范圍的基礎上，設定好迎頭端面兩肩窩距巷道中心1m、頂板以下0.3m各布置一直徑42mm注漿孔。鉆孔釬桿向上和巷道施工坡度呈20°的夾角狀態，孔深4.5m，每個循環（進尺1.3m）注漿一次。利用ZBQS-8.4/12.5型氣動注漿泵注漿。ZBQS-8.4/12.5型氣動注漿泵，優勢明顯，它體積小、移動方便，能把注漿量、材料配比，以及注漿壓力，調節到一個合理的范圍。馬麗散樹脂與催化劑的配合比為體積1：1，每孔注漿量依據壓力設定，設計終孔注漿壓力至少得6MPa。當注漿壓力極低，漿液擴散半徑小，則預期注漿效果也會變差;與之相反，一旦液態漿承受的壓力過高，則進展到注入漿水這個環節時，會極容易發生漏漿，造成安全事故，施工材料會大大受損。

5結束語

在地質條件比較復雜的情況下，根據以往經驗，在施工的過程中對掘進工作面頂板的控制工作往往面臨著很多難題。為了解決這一問題，本文在對掘進工作面進行分類的條件下，從多個角度進行了分析，通過分析可以知道，掘進工作面頂板的控制工作面臨的問題主要來自過斷層帶巷道掘進、過薄基巖帶巷道掘進、特近距離煤層下層煤巷道掘進和特大斷面巷道掘進等多個方面，在掘進工作開展的時候，常常會出現巷道松軟破碎圍巖被揭露的問題，因此積極探索復雜地質條件下掘進工作面頂板控制技術非常重要。

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（作者單位：黑龍江龍煤集團雞西礦業（集團）有限責任公司城山煤礦）