掘進(jìn)工作面過頂板破碎帶支護(hù)方式研究

程光鵬

（山西汾西正善煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 孝義 032300）

0 引言

采煤期間的相關(guān)技術(shù)措施應(yīng)用和執(zhí)行不規(guī)范等都是煤礦工業(yè)安全運(yùn)行的一個(gè)關(guān)鍵隱患。在煤礦開采期間，掘進(jìn)工作面破碎帶時(shí)頂板支護(hù)是煤炭開采期間的一項(xiàng)重要和基礎(chǔ)性工作。隨著煤礦開采技術(shù)快速發(fā)展，加強(qiáng)掘進(jìn)工作面破碎帶支護(hù)是保證煤礦開采作業(yè)順利進(jìn)行的關(guān)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(jiān)持安全第一原則，做好支護(hù)工作，保證后續(xù)開采作業(yè)能夠穩(wěn)定進(jìn)行，減少事故發(fā)生。

1 掘進(jìn)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(jìn)工作頂板破碎事故危害主要體現(xiàn)在以下方面：）局部片幫、冒頂事故，會(huì)導(dǎo)致煤礦開采中采用的設(shè)備受損，或者煤礦開采中的工作人員發(fā)生傷亡[1]。大面積冒頂事故的發(fā)生會(huì)形成大量颶風(fēng)，情況嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致工作面出現(xiàn)推垮工作面情況，導(dǎo)致人員發(fā)生傷亡。

1.2 引起事故的原因

引起掘進(jìn)工作面頂板破碎帶事故原因主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1）未探測好地質(zhì)情況，地質(zhì)條件在煤礦開采期間，地質(zhì)條件會(huì)發(fā)生改變，沒有精準(zhǔn)進(jìn)行預(yù)報(bào)。

2）沒有做好支護(hù)設(shè)計(jì)作業(yè)，整體設(shè)計(jì)存在缺陷，支護(hù)不合理。

3）未嚴(yán)格依據(jù)煤礦工程具體情況進(jìn)行規(guī)程編制，整體編制不夠詳細(xì)，與實(shí)際情況不符。

4）針對破碎帶沒有采取補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)方式處理。

5）支護(hù)質(zhì)量未達(dá)到預(yù)期，或者出現(xiàn)失效情況。

6）頂板出現(xiàn)破碎情況。

7）掘進(jìn)工作面一旦發(fā)生突遇構(gòu)造，未及時(shí)采取針對性措施處理。

2 工程概況

某礦1310 工作面回風(fēng)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(qū)集中膠帶巷相連接，整體長度約為1 168.8 m。

1310 回風(fēng)巷沿著4#煤層底板開展掘進(jìn)作業(yè)，這個(gè)斷面是一個(gè)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(zhì)泥巖；老頂厚度約為8.82 m，為灰-深灰色細(xì)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(zhì)泥巖，通過對整個(gè)巖體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，整體巖體結(jié)構(gòu)相對較為穩(wěn)定。

2019 年5 月10 號(hào)，礦方依據(jù)采掘銜接計(jì)劃，開展1310 回風(fēng)巷掘進(jìn)作業(yè)。在這一施工作業(yè)開展期間，1309 回采作業(yè)面推進(jìn)到距停采線之間的距離長度約為152.5 m，與二采區(qū)集中膠帶巷之間距離長度約為209.5 m。

3 支護(hù)施工技術(shù)方案分析

在煤礦開采期間，對于1310 回風(fēng)巷施工開展時(shí)遇到的各種特殊情況，針對遇到的情況進(jìn)行探討與分析，最終決定將1310 回風(fēng)巷分為破碎帶和正常區(qū)域兩個(gè)部分，其中破碎帶位于整個(gè)區(qū)域的北部，長度約為519.8 m，正常區(qū)域則位于北部，長度約為548.5 m，為了確保整個(gè)煤礦開采作業(yè)能夠順利進(jìn)行，避免發(fā)生安全事故，針對不同區(qū)域要制定不同類型的支護(hù)技術(shù)方案，整體施工開展要嚴(yán)格依據(jù)制定好的方案進(jìn)行。

3.1 正常區(qū)域段采取的支護(hù)方案

正常區(qū)域段支護(hù)作業(yè)參照相鄰作業(yè)面的支護(hù)參數(shù)開展，具體支護(hù)開展時(shí)需要注意的內(nèi)容如下：

3.1.1 兩幫支護(hù)

采取2.2 cm×200 cm 高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿，實(shí)際布置時(shí)，為了確保采用的高強(qiáng)度螺紋鋼錨桿能夠發(fā)揮出支護(hù)效果，每排布置5 根，對于現(xiàn)場中的錨桿要配置尼龍尼組球形墊和墊圈，同時(shí)，利用樹脂錨固劑對端部進(jìn)行加固處理，對于采用的錨桿，預(yù)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(yùn)巷側(cè)巷幫搭設(shè)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(yù)緊力始終都保持在210 kN 以上，同時(shí)，為了使錨索預(yù)緊力損失情況能夠得到彌補(bǔ)，具體設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)不低于290 kN。

3.1.2 頂板支護(hù)

每排都采取2.0 cm×230 cm 高強(qiáng)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(fā)揮，要與尼龍尼阻球形墊及墊圈配套應(yīng)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(shè)金屬網(wǎng)方式在作業(yè)現(xiàn)場制作一個(gè)鋼筋梯子梁，錨桿預(yù)緊力需要控制在310～350 N·m 之間。錨索預(yù)緊力的設(shè)計(jì)與兩幫設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)相一致。

3.2 破碎區(qū)域支護(hù)方案

通過技術(shù)對比分析，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在煤礦開采作業(yè)進(jìn)行時(shí)，針對頂板破碎區(qū)域，加強(qiáng)支護(hù)作業(yè)可以采取下列方式進(jìn)行：

1）以原有巷道支護(hù)為基礎(chǔ)，通過對鋼槽錨索、錨網(wǎng)進(jìn)行應(yīng)用，通過加密方式，完成支護(hù)，從而提高破碎區(qū)域穩(wěn)定性，避免發(fā)生安全事故[3]。

2）進(jìn)入頂板破碎帶區(qū)域后，為了提高支護(hù)整體穩(wěn)定性，要對槽鋼錨索方式進(jìn)行適當(dāng)改變，采取排槽鋼方式，通過這一方式，提高頂板穩(wěn)定性。

3）針對現(xiàn)場具體情況進(jìn)行全面分析，依據(jù)現(xiàn)場情況加以調(diào)整，在與巷道具體走向保持平行，搭設(shè)順巷槽鋼錨索[4]。

4）巷道頂板破碎帶將會(huì)致使頂板錨桿預(yù)緊力無法達(dá)到事先設(shè)計(jì)好的數(shù)值，針對這一現(xiàn)象，可以在錨桿附近補(bǔ)打一個(gè)長度為4.2 m 的單體錨桿，通過對其進(jìn)行應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)對巷道的加強(qiáng)支護(hù)，提高其穩(wěn)定性。

5）通過對巷道情況進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn)，巷道壓力顯現(xiàn)十分顯著，巷道頂板發(fā)生了較為嚴(yán)重破碎情況，這將會(huì)致使部分錨桿在應(yīng)用時(shí)發(fā)生失效，具體情況要通過現(xiàn)場具體情況進(jìn)行充分評論而定，在采取原支護(hù)基礎(chǔ)上，通過架設(shè)π 型鋼梁棚支護(hù)[5]。

6）受1310 工作面斷層區(qū)域地質(zhì)條件因素影響，巷道頂板破碎將會(huì)提高頂板控制難度加大，針對斷層前后12 m 范圍內(nèi)，通過超前預(yù)注漿、后支護(hù)等方式，提高巷道在煤礦開采時(shí)的穩(wěn)定性，使巷道承壓強(qiáng)度能夠得到進(jìn)一步提高，達(dá)到加固松軟破碎圍巖目的。

7）通過注漿方式對頂板進(jìn)行控制，工作人員要對現(xiàn)場具體情況進(jìn)行全面分析，依據(jù)現(xiàn)場情況開展密集穿管作業(yè)，實(shí)現(xiàn)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(qū)域出現(xiàn)的破碎帶，可以通過注入馬麗散方式，保證頂板穩(wěn)定。馬麗散是一種具有加強(qiáng)機(jī)械性能和粘合力較強(qiáng)的聚亞膠脂產(chǎn)品，將其注入地層后，能夠在幾秒之內(nèi)保持液體狀態(tài)，滲入細(xì)小裂縫中，馬麗散灌入后，能夠快速發(fā)生黏結(jié)與膨脹，實(shí)現(xiàn)對周圍巖體松動(dòng)圈的加固，形成一個(gè)整體，從而使圍巖整體承載力得到進(jìn)一步提高，避免巷道頂板發(fā)生垮落現(xiàn)象，做好相應(yīng)控制作業(yè)。實(shí)際作業(yè)開展時(shí)做法如下：在巷道迎頭沿支架梁煤體內(nèi)一共布置了5 個(gè)注孔，孔間距要控制在100 cm 以內(nèi)。注入馬麗散施工工藝具體流程：打孔、埋設(shè)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(nèi)、開展注漿、沖洗設(shè)備、停泵、完成注漿。在開展打眼作業(yè)時(shí)，為了確保后續(xù)施工能夠順利進(jìn)行，保證頂板穩(wěn)定，孔眼直徑大小為4.0 cm，孔深為820 cm。具體注漿作業(yè)開展時(shí)，每孔注漿量要按照依據(jù)注漿壓力進(jìn)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(fā)生大面積漏漿現(xiàn)象時(shí)，要停止注漿，或者換一個(gè)孔開展注漿作業(yè)，具體注漿時(shí)，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(jié)語

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