綜采工作面過地質(zhì)構(gòu)造頂板冒落防治技術(shù)研究

王鵬星

（山西汾西礦業(yè)集團正新煤焦有限責(zé)任公司和善煤礦， 山西 沁源 046500）

頂板事故是礦井煤炭開采時主要事故類型，根據(jù)有關(guān)統(tǒng)計結(jié)果，2015 年—2019 年我國煤礦安全事故中，頂板事故占比可達到26%～29%。因此采取各類措施確保頂板穩(wěn)定對提高礦井安全生產(chǎn)保證能力具有重要意義。山西某礦回采的5 號煤層頂板為粉砂巖、泥巖互層，巖層自身穩(wěn)定性較差，在地質(zhì)構(gòu)造或者采動動壓影響時頂板容易冒落。當(dāng)頂板冒落時雖然采用注漿、構(gòu)頂以及木垛等方式對冒落區(qū)進行處理，但是存在安全系數(shù)不高、作業(yè)效率低下以及勞動強度高等問題。本文即以該礦6503 綜采工作面過地質(zhì)構(gòu)造為工程實例，對采取預(yù)防性措施防止頂板冒落，現(xiàn)場取得較好頂板控制效果，在一定程度上提高了采面生產(chǎn)安全保障能力。

1 工程概況

6503 綜采工作面回采5 號煤層，煤層厚度平均4.5 m，采面設(shè)計走向、傾向長分別為1 485 m、229 m，采深平均360 m。5 號煤層頂?shù)装鍘r性以泥巖、粉砂巖為主，具體頂?shù)装鍘r層巖性特征見表1 所示。

表1 5 號煤層頂?shù)装鍘r性

在6503 綜采工作面回采之前，采用物探以及鉆探方式對回采范圍內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造進行探測，具體發(fā)現(xiàn)有3 個地質(zhì)構(gòu)造（斷層）對采面回采有較明顯影響，在地質(zhì)構(gòu)造影響范圍內(nèi)煤層頂板巖層裂隙發(fā)育。6503 綜采工作面在回采至地質(zhì)構(gòu)造附近時，在采動動壓影響下回采巷道以及采面頂板容易冒頂、采面煤壁容易片幫，從而給煤炭正?；夭蓭硗{。

2 工作面頂板冒落防治技術(shù)

采面回采過地質(zhì)構(gòu)造時頂板冒落容易冒落區(qū)域包括有回采巷道以及采面頂板等位置，為此將頂板冒落防治技術(shù)具體劃分為回采巷道、工作面內(nèi)兩個部分，具體回采巷道頂板容易冒落區(qū)域為地質(zhì)構(gòu)造影響帶，主要為運輸巷570～620 m 范圍。

2.1 運輸巷頂板冒落防治技術(shù)

運輸巷頂板冒落主要受到頂板巖層破碎以及工作面采動動壓影響，在超前支承壓力影響范圍內(nèi)運輸巷地質(zhì)構(gòu)造影響范圍內(nèi)出現(xiàn)一定程度的漏頂、底鼓等問題。為了避免巷道頂板出現(xiàn)冒落事故，提出使用注漿方式對圍巖進行加固，提高巷道圍巖承載能力以及自身穩(wěn)定性。

在運輸巷地質(zhì)構(gòu)造影帶段注漿由巷幫向頂板方向開展，具體工序為圍巖噴漿封堵、頂板注漿加固。在運輸巷地質(zhì)構(gòu)造影響段內(nèi)噴射C20 混凝土，厚度為100 mm，通過巷道表層噴射可達到封堵裂隙以及強化圍巖支護效果目的。

在運輸巷頂板、巷幫位置各施工2 排注漿鉆孔，鉆孔深度均為6.0 m，頂板、巷幫注漿孔間隔分別為1 750 mm、1 500 mm，每排均布置3 個鉆孔，注漿孔排距均為3 000 mm。鉆孔使用手持風(fēng)鉆鉆進，鉆孔直徑為42 mm，具體運輸巷內(nèi)注漿孔布置情況以及注漿加固順序見圖1 所示。鉆孔注漿壓力控制在4 MPa，注漿漿液為水泥漿+添加劑混合液。在注漿過程中若出現(xiàn)嚴(yán)重漏漿時則可采用堵漏劑對表層裂隙進行封堵，待堵漏劑有一定強度后再恢復(fù)注漿。

圖1 運輸巷注漿孔布置示意圖

2.2 采面頂板冒落防治技術(shù)

在工作面內(nèi)采用化學(xué)注漿方式對頂板以及煤壁進行加固，提高煤巖體整體穩(wěn)定性以及承載能力。在采面煤層頂板下方1m 位置處布置注漿孔，鉆孔仰角控制在45°以及60°、孔深為6～8 m，孔徑為42 mm，從而實現(xiàn)對工作面前方5～6 m 范圍以及頂板上覆2～3 m 范圍的加固。具體在工作面內(nèi)布置的注漿孔布置情況見圖2 所示。

圖2 工作面內(nèi)注漿孔布置示意圖（mm）

注漿選擇聚氨酯，在礦井地面儲量大而且應(yīng)用較為廣泛，采面工作人員對注漿加固工序較為熟悉。注漿壓力選擇為1～3 MPa，單孔注漿量控制在60 kg 左右。

2.3 工作面頂板冒落防治效果分析

運輸巷、工作面頂板受地質(zhì)構(gòu)造影響較為明顯，存在頂板、煤壁裂隙發(fā)育問題，在采面采動壓力作用下容易出現(xiàn)頂板冒落。若對巷道進行二次修整不僅需要耗費大量的人力、物力資源，而且存在一定的安全隱患。

為確保地質(zhì)構(gòu)造影響范圍內(nèi)頂板巖層穩(wěn)定，在采面以及運輸巷內(nèi)采用以注漿加固為主的頂板冒落防治技術(shù)，并進行現(xiàn)場應(yīng)用。對回采巷道以及采面煤壁、頂板等進行預(yù)防性注漿加固后，采面回采期間運輸巷、采面頂板以及煤壁穩(wěn)定性均得以顯著提升，地質(zhì)構(gòu)造以及采動動壓綜合作用引起的頂板冒落問題基本得以解決。在工作面回采過程中僅采面煤壁出現(xiàn)局部小范圍片幫，不會影響采面煤炭正?；夭?。

通過在地質(zhì)構(gòu)造影響帶內(nèi)進行頂板冒落預(yù)防性注漿，有效提高了定板巖層穩(wěn)定性并降低了冒落性風(fēng)險。

3 結(jié)論

1）6503 綜采工作面回采范圍內(nèi)存在有多個地質(zhì)構(gòu)造，在地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育區(qū)內(nèi)頂板巖層破碎，受采動動壓影響容易出現(xiàn)頂板冒落問題，從而給工作面安全高效回采帶來威脅。

2）針對采面頂板冒落發(fā)生位置以及發(fā)生特點，在受地質(zhì)構(gòu)造影響明顯的運輸巷以及采面內(nèi)采用預(yù)注漿方式進行頂板冒落防治，具體在運輸巷內(nèi)使用的注漿漿液為水泥漿、在采面內(nèi)使用化學(xué)漿液，不僅可降低整體注漿成本，而且可滿足頂板巖層以及煤壁穩(wěn)定性控制需要。

3）注漿加固后，6503 綜采工作面在后續(xù)回采過程中運輸巷基本不在發(fā)生頂板冒落問題，同時采面僅局部位置出現(xiàn)小范圍煤壁片幫，未再出現(xiàn)冒頂問題。表明預(yù)防針注漿有效提高了工作面煤體以及頂板巖層穩(wěn)定性，為采面高效回采創(chuàng)造了良好條件。