綜放工作面過風(fēng)氧化帶圍巖控制技術(shù)

楊海龍，石來陽(yáng)

(中煤平朔集團(tuán)有限公司井工三礦，山西朔州 036000)

1 工程概況

平朔井工三礦39107工作面位于井工三礦井田西北部，工作面標(biāo)高1180～1285m。西部為39106工作面，東部為39108工作面，南靠9#煤東翼輔運(yùn)大巷(西段)，北部靠近大沙溝及風(fēng)化露頭。工作面走向長(zhǎng)度575.8 m，傾斜寬度300 m，平均傾角8°，面積174437.6m2。地表為黃土丘陵，大部分被森林覆蓋，溝谷發(fā)育，地面標(biāo)高1344.7～1425.6m。

根據(jù)地質(zhì)鉆孔勘探信息，風(fēng)氧化區(qū)域不含水，工作面煤層變質(zhì)嚴(yán)重，局部成面狀，支護(hù)困難。工作面回采以前，通過工作面煤層及頂板附近音頻電透視探測(cè)成果、39017工作面地質(zhì)報(bào)告、39107輔運(yùn)巷風(fēng)氧化帶地段(QF9－QF10點(diǎn)之間)現(xiàn)場(chǎng)打鉆取心、YTJ20型巖層鉆孔探測(cè)等手段，揭示了風(fēng)氧化帶發(fā)育范圍。

風(fēng)氧化帶距離39107工作面切眼約130m，氧化帶區(qū)域橫向長(zhǎng)度約120 m，縱向長(zhǎng)度約40 m。局部冒頂，因此39107工作面開采時(shí)頂板冒落的可能性將會(huì)很大。39107工作面風(fēng)氧化帶分布如圖1所示。在39106工作面開采到氧化帶區(qū)域時(shí)，已經(jīng)發(fā)生過

圖1 39107工作面風(fēng)氧化帶分布示意圖

39107工作面風(fēng)氧化區(qū)域埋深170 m，埋深較小，煤松軟、破碎、無光澤，風(fēng)氧化嚴(yán)重段呈粘土狀。由于工作面上部煤層及工作面內(nèi)均已風(fēng)氧化，煤有粘性，故回采中存在以下風(fēng)險(xiǎn):(1)頂板松軟，頂板維護(hù)較困難，易發(fā)生冒頂事故;(2)幫部松軟，可能發(fā)生片幫現(xiàn)象;(3)煤有粘性，對(duì)運(yùn)輸系統(tǒng)造成損害;(4)煤質(zhì)較差，不易洗選。

2 巷道加固技術(shù)

39107輔運(yùn)巷處于風(fēng)氧化范圍內(nèi)，在掘進(jìn)階段曾出現(xiàn)冒頂、設(shè)備陷底等現(xiàn)象，針對(duì)這種情況，采取了巷道超前注漿和U型架棚加強(qiáng)支護(hù)相結(jié)合的措施。

2.1 超前注漿加固技術(shù)

2.1.1 注漿方案設(shè)計(jì)

第一排注漿孔要打到風(fēng)氧化帶外側(cè)3 m左右的位置，為了整個(gè)注漿過程很好的銜接。每排布兩個(gè)注漿孔，第一個(gè)注漿孔距離頂板1.5 m位置，角度為45°角。第二個(gè)注漿孔距離頂板0.5 m位置，角度為30°角。封孔在1.5 m處。每個(gè)循環(huán)間距為3 m。控制范圍在15～20 m左右。注漿孔布置如圖2所示。

圖2 注漿孔布置示意圖

2.1.2 注漿材料選擇

注漿材料選擇馬麗散NS，該材料是一種雙組份不含溶劑(1∶1注漿比例)的化學(xué)材料。具有的硅酸鹽性質(zhì)、具有高度粘合力及良好的機(jī)械強(qiáng)度，能夠適用于快速膠結(jié)固化破碎的煤層和巖層及封堵漏風(fēng)等復(fù)雜情況。由于其初始粘度低，混合液體可在高壓推擠下沿煤巖、層裂隙延展?jié)B透至所有裂隙(包括肉眼難以覺察的裂縫及在高壓作業(yè)下重張開的微小裂隙)，反應(yīng)后固化物的良好柔韌性和粘合強(qiáng)度不僅保證了煤巖體受壓變形時(shí)不會(huì)開裂(適合應(yīng)用在高早強(qiáng)和高韌性的地層固化)。馬麗散NS無腐蝕、阻燃的安全環(huán)保特性，以及在水中不膨脹不吸水的性能可保證在潮濕環(huán)境中也具有良好的強(qiáng)化效果。注漿材料性能見表1所示。

表1 馬麗散NS材料參數(shù)

2.1.3 注漿設(shè)備

注漿設(shè)備包括注漿泵、注射混合槍以及封孔器。

注漿泵采用氣動(dòng)注漿泵ZQBS－8.4/12.5由氣動(dòng)馬達(dá)下方帶動(dòng)兩個(gè)活塞，工作時(shí)吸料管分別插到兩種液體材料中，活塞泵通過吸排料管抽運(yùn)雙組份材料的兩種液體介質(zhì)，兩種液體壓送比例為1∶1，之后兩種液體分別通過高壓軟管壓送到注射槍里進(jìn)行混合，在設(shè)備的壓力下混合物通過注射管輸送到需要充填和加固的區(qū)域。

注射混合槍由靜態(tài)攪拌器和均勻混合器以及單向閥、球閥等組成，具有安全、快捷和精準(zhǔn)的特點(diǎn)，雙液注射混合槍實(shí)現(xiàn)了雙組份漿液的孔口自動(dòng)配比混合，漿液通過混合槍達(dá)到混合和均勻攪拌的雙重目的。而其他材料不加以有效混合，反應(yīng)效果及質(zhì)量會(huì)降低。

封孔器:由于封孔器對(duì)鉆孔周圍施加有一定的壓力，能有效的起到封堵鉆孔的作用，而且其特殊的結(jié)構(gòu)可以保證在停止注漿后漿液不反料。

2.2 U型架棚支護(hù)

39107綜放面輔運(yùn)巷掘進(jìn)過程中，在QF9－QF10點(diǎn)之間，巷道支護(hù)方式由錨網(wǎng)支護(hù)改為U型架棚支護(hù)，該段受風(fēng)氧化影響顯著，頂板破碎，回采時(shí)加強(qiáng)頂板維護(hù)。支護(hù)設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖3 39107工作面過風(fēng)氧化帶輔運(yùn)巷支護(hù)斷面及剖面圖

3 工作面圍巖控制技術(shù)

在工作面通過風(fēng)氧化帶期間，采用提高液壓支架初撐力、頂梁鋪網(wǎng)等手段;圍巖控制仍困難時(shí)再采用架前化學(xué)注漿方案，注漿孔布置方案如圖4所示。工作面機(jī)尾段風(fēng)氧化較嚴(yán)重，通過在此段采取及時(shí)支護(hù)頂板，頂板破碎嚴(yán)重時(shí)停機(jī)移架，移架后及時(shí)收回后部運(yùn)輸機(jī)的方法，防止冒頂和壓死刮板運(yùn)輸機(jī)。

在工作面內(nèi)預(yù)注漿，使之成為一個(gè)穩(wěn)定的整體;為進(jìn)一步維護(hù)頂板完整，減少風(fēng)氧化煤進(jìn)入煤流系統(tǒng)，綜采隊(duì)采取在風(fēng)氧化帶區(qū)域及其左右各5架范圍內(nèi)鋪設(shè)菱形金屬網(wǎng)，防止因頂煤氧化難以控制;保證支架的初撐力不低于額定工作阻力的80%;當(dāng)頂板破碎易冒落時(shí)采取帶壓移架，采煤機(jī)割過后及時(shí)伸出護(hù)幫板;要嚴(yán)格控制采高，推過風(fēng)氧化帶期間，采高不超過3m且不放頂煤等措施。

4 煤質(zhì)與設(shè)備管理

風(fēng)氧化帶范圍內(nèi)煤炭難以回收，煤質(zhì)較差，洗選困難。在開采過程中，采取提高煤質(zhì)的措施如下:

圖4 39107工作面注漿孔布置方案

1)通過降低采高，超前支護(hù)，頂板鋪網(wǎng)，上半圓木，風(fēng)氧化區(qū)域不放煤等措施盡可能減少風(fēng)氧化煤進(jìn)入煤流系統(tǒng)。

2)若頂板漏下較多風(fēng)氧化煤，停下前部運(yùn)輸機(jī)，待頂板穩(wěn)定，支護(hù)完成后，開動(dòng)前部運(yùn)輸機(jī)。

3)風(fēng)氧化區(qū)域移架后及時(shí)收回后部運(yùn)輸機(jī)，防止頂部風(fēng)氧化煤進(jìn)入煤流系統(tǒng)。

4)及時(shí)排水，減少生產(chǎn)用水進(jìn)入煤流系統(tǒng)，煤機(jī)割煤至此段適當(dāng)減小煤機(jī)噴霧，防止風(fēng)氧化煤遇水粘結(jié)性更強(qiáng)。

5)加強(qiáng)設(shè)備檢修，保證開機(jī)率，盡快通過風(fēng)氧化區(qū)域。

6)煤機(jī)割煤至風(fēng)氧化區(qū)域需加強(qiáng)工作面中部、機(jī)頭煤質(zhì)較好區(qū)域放煤，減少風(fēng)氧化煤對(duì)主運(yùn)系統(tǒng)的損壞。

5 結(jié)語(yǔ)

井工三礦綜采隊(duì)采取針對(duì)性措施順利通過風(fēng)氧化區(qū)域，取得了以下成果:

1)選用注漿材料馬麗散NS，采用深淺注漿孔注漿工藝，有效的加固了采場(chǎng)圍巖。

2)輔運(yùn)巷使用“U”型棚支護(hù)+木垛補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，回采期間巷道穩(wěn)定性得到保障。

3)通過改進(jìn)生產(chǎn)工藝，加強(qiáng)設(shè)備管理，減少風(fēng)氧化煤對(duì)煤質(zhì)、設(shè)備的影響。

4)此次開采實(shí)踐對(duì)其他類似條件的回采提供了重要實(shí)踐依據(jù)，具有重要意義。

［1］ 杜鋒，楊本水，邵明建.風(fēng)氧化帶內(nèi)傾斜長(zhǎng)壁綜采面礦壓顯現(xiàn)與控制［J］. 煤炭科學(xué)技術(shù)，2008，36(5)

［2］ 方新秋，何杰，李海潮.軟煤綜放面煤壁片幫機(jī)理及防治研究［J］. 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，(5).

［3］ 李令功.輕放工作面端面冒落原因分析及控制技術(shù)［J］.煤礦現(xiàn)代化，2006，(3).

［4］ 彭可平，田多，師皓宇.綜放工作面過風(fēng)氧化帶端面冒落機(jī)理研究與應(yīng)用［J］.華北科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2013，(1).