近距離煤層掘進工作面頂板控制

楊 釗

(貴州松河煤業(yè)發(fā)展有限責任公司)

近距離煤層掘進工作面頂板控制

楊 釗

(貴州松河煤業(yè)發(fā)展有限責任公司)

松河西井為技改整合礦井，1121掘進工作面頂板較破碎，在掘進施工過程中,采取“錨索+錨索孔注漿+架棚”的支護工藝，并對爆破工藝及炮眼參數(shù)等進行了優(yōu)化,使該巷道頂板得到了有效地控制。

爆破 采動破壞 頂板管理 聯(lián)合支護

目前，我國大多數(shù)煤礦存在近距離煤層掘進，由于技術條件落后，大多以炮掘為主。在掘進過程中，由于爆破震動對頂板造成破壞，加之上部煤層開采后，采空區(qū)垮落，固結程度不高，用傳統(tǒng)的錨網(wǎng)索支護很難起到懸吊或加固拱的作用，采取“錨索+錨索孔注漿+架棚”的主、被動支護工藝，不僅起到加固垮落巖石的作用，還將主動支護和被動支護進行了有效整合，對頂板有顯著的控制效果。

1 工程概況及巷道掘進存在的問題

(1)鄰近煤層開采情況。松河西井1121掘進工作面是該礦井技改整合后首個備采面,位于松河西井東翼12#煤層第一區(qū)段。煤層底板標高+1 520.4～+1 570.8 m,煤層傾角19°～23°；走向長約647 m,傾斜寬60～120 m,可采面積1 544.3 m2,地質儲量12萬t。上部10#煤層已經采空,10#～12#煤層平均層間距僅1.5 m，10#煤層采空垮落平均在1.2 m左右，其頂板破碎，易垮落。西部為1122、1102采空區(qū),北部為煤層露頭,東部以F34斷層為礦區(qū)邊界。

(2)頂板賦存情況。據(jù)附近鉆孔揭露的地質資料,10#煤層頂板30 m段上部10 m為深灰色粉砂質泥巖，含動物化石，瓣鰓類，舌形貝等，時夾黑色泥巖；中部以粉砂巖、細砂巖為主，中厚層狀，由上而下粒度逐漸變細，節(jié)理構造發(fā)育，夾薄層狀菱鐵幫，具微波狀層理;下部10 m為深灰色泥質粉砂巖，松散破碎，含散晶狀黃鐵礦。根據(jù)巖樣,煤層頂板泥巖抗壓強度50.2 MPa,中砂巖抗壓強度81.5 MPa。

(3)巷道掘進存在的問題。由于1121掘進工作面上方10#煤層已采空，且10#～12#煤層間距小，在初期開采后頂板矸石未作任何固結處理。因此，防止煤壁片幫、頂板漏矸、抽冒成為掘進施工管理中的關鍵。另外，掘進爆破對煤層頂板也造成一定的震動，增加了巷道冒頂?shù)奈ｋU性。

2 近距離煤層頂板控制

1121掘進工作面頂板較破碎，易垮落，頂板維護困難,為此選用“錨索+錨索孔注漿+架棚”的支護工藝，同時從施工工藝上進行優(yōu)化，最大限度地控制頂板，減少巷道變形。

(1)岔口支護。巷道交岔點處于應力集中帶，井巷暴露面積較大，容易冒頂垮落。1121運輸、回風巷在掘進前，預先施工5根長錨索對其進行鎖扣，防止發(fā)生冒頂事故；在地質構造發(fā)育段，采用“錨索+注漿”的支護方式，在安裝錨索的同時擴孔安裝注漿管進行全錨索注漿。錨索長度8.2 m，直徑21.6 mm，間距1 m。

(2)臨時支護。對于1121頂板破碎以及上覆煤層層間距較近，且采空區(qū)垮落未形成比較穩(wěn)定假頂?shù)那闆r，若支護不當，將有矸石掉落，對作業(yè)人員生命安全造成極大的威脅。對此，在每循環(huán)結束后，將最靠近巷道迎頭施工兩支錨索，穿過鐵管后排U型棚頂部后抵至迎頭，再鋪上鋼筋網(wǎng)，將鋼筋網(wǎng)固定在兩支錨索上，作為臨時支護。

(3)錨索+錨索孔注漿+U型棚支護。1121掘進工作面巷道受采動影響大，采用半圓拱形“錨索+錨索孔注漿+U型棚”支護，在安裝錨索的同時擴孔安裝注漿管，對錨索孔注泥漿，同時采用“多打眼,少裝藥，短進尺,弱擾動”的施工工藝，最大限度減輕對頂板破壞。 該支護方式可有效控制1121掘進工作面巷道頂板，遏制頂板事故的發(fā)生。各工序施工要求如下：①架棚支護[4],頂板采用架棚永久支護，U型鋼棚規(guī)格為(凈寬×凈高)4 600 mm×3 200 mm，棚距0.6 m，施工中每循環(huán)進度0.6 m，每架U型鋼棚用3根拉桿(頂一根，兩幫各一根)固定相互間的棚子，同時在U型棚中間施工2根注漿錨索，間排距為1 800 mm×1 800 mm，注漿錨索不得滯后架棚支護10 m，待注漿體充分凝固后在對錨索進行拉力預緊；②巷道斷面[3],根據(jù)巷道的圍巖賦存情況，在滿足通風、運輸、行人要求下，采用半圓拱形斷面，巷道凈寬為4.6 m，凈高為3.2 m;③錨索布置,錨索間排距為1 800 mm×1 800 mm，直徑21.6 mm、長8 200 mm，外露長度100～250 mm,布置必須橫成排、豎成行;④鋼筋網(wǎng),選用1 000 mm×2 000 mm 規(guī)格，最小格為100 mm×100 mm的鋼筋網(wǎng)，搭接長度不得小于一格，有8#鐵絲綁扎固定，防止大塊矸石掉落;⑤注漿要求[1],砂漿的配合比為v(水泥)∶v(砂子)=1∶3，混凝土強度為C25，水泥選用普通硅酸鹽水泥。

(4)注漿施工程序[2]：①先對錨索孔擴孔，用水沖洗，2 min后用壓力風沿注漿管吹洗，排除孔內滲水，檢查管道是否通暢及封堵裝置的密封性；②連續(xù)緩慢灌注漿液，當回漿管(排氣)返漿密度與進漿密度相同時方可結束；③注漿結束6 h后，要對二次回漿管進行補漿，如有滲水，要用灌漿機按固結灌漿要求灌注；④錨索注漿完成后進行錨索張拉緊固。

錨索注漿示意見圖1。

圖1 錨索注漿示意(單位：mm)

3 施工工藝優(yōu)化

3.1 選擇合適的炮眼布置

在1121掘進工作面巷道頂部留設一定距離的保護煤層，多打眼、少裝藥，減輕放炮震動對頂板的破壞。爆破孔布置如圖2所示。

3.2 加強工藝管理

(1)當開掘巷道頂板巖體松軟時,可在巷道頂部留設保護煤，放炮后用風鎬挖出該部分煤炭，再及時架設永久支護。

(2)盡量減少掘進時的空頂面積，放炮前支架緊跟到迎頭,放炮后及時架設臨時支護，在其下進行永久支護。

圖2 炮眼布置(單位：mm)

(3)頂板破碎易發(fā)生漏冒,在棚子中間加設1 000 mm×2 000 mm，100 mm×100 mm鋼筋網(wǎng)，防止漏頂。

(4)在地質構造段縮短棚子間距，改為0.5 m，臨時支護時必須派專人進行觀看，且必須有副礦長跟班指揮作業(yè)，若有特殊情況，在采取可控措施后立即撤離至安全地點。

(5)對采空區(qū)作業(yè)地點氣體進行取樣分析，并安排救護隊人員，防止一氧化碳等有毒氣體溢出中毒。

4 結 語

(1)1121掘進工作面直接頂板為易碎矸,再向上為細砂巖或粉砂巖,節(jié)理比較發(fā)育,頂部巖石不穩(wěn)定,掘進過程中要留設頂部保護煤層，保護頂板不被震動破壞。

(2)局部嚴重破碎帶應根據(jù)具體情況降低巷道腰線，留設更多的保護煤層，該護頂煤可以根據(jù)具體情況最大留設至1 m，采用架棚段采區(qū)錨索孔注漿加固，可有效控制頂板。

(3)1121掘進工作面掘進施工過程中采取了“錨索+錨索孔注漿+架棚”聯(lián)合支護技術,使巷道頂板得到了有效地控制,大大減少了局部冒頂次數(shù),為該礦礦井安全生產創(chuàng)造了有利條件,也為頂板控制積累了寶貴經驗。

[1] 煤炭科學研究院建井所注漿室編.煤礦注漿技術[M].北京：煤炭工業(yè)出版社,1978.

[2] 陳宇滿.“索、噴、注”聯(lián)合支護技術應用[J].中州煤炭，2012(10):73-74.

[3] 張興東.井巷工程[M].北京：冶金工業(yè)出版社,2010.

[4] 邢福康.煤礦支護手冊[M].北京：煤炭工業(yè)出版社,2009.

2014-12-01)

楊 釗(1987—)，男，工程師，553526 貴州省六盤水市盤縣松河鄉(xiāng)松林村。