復(fù)雜地質(zhì)條件下掘進(jìn)工作面頂板控制技術(shù)

張小強(qiáng)

(汾西礦業(yè)集團(tuán)公司五人小組管理局，山西 介休 032000)

引言

眾所周知，在施工過程中容易出現(xiàn)各種各樣的意外事故，施工現(xiàn)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(gòu)造情況不夠了解，相應(yīng)的安全保護(hù)措施不夠到位，這就為各種意外情況的發(fā)生提供了可能。我們知道，如果在比較復(fù)雜的條件下進(jìn)行施工和挖掘，那會承擔(dān)非常大的風(fēng)險，要有備選的方案以及相應(yīng)的意外防范措施，并且需要有技術(shù)支持。我們基于現(xiàn)在的各種意外情況，運(yùn)用相關(guān)的例子，對在復(fù)雜的條件下施工進(jìn)行相關(guān)的研究，希望能夠給世人相應(yīng)的警醒，減少安全事故的發(fā)生。

一、煤礦生產(chǎn)的地質(zhì)環(huán)境

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(jìn)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(shù)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?shù)念伾貏e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(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，顆粒中等。因為巷道周圍的巖石有很多的特點(diǎn)，比如它們的巖性相對于其他的巖性來說比較差一些，而巷道本身承受的壓力大，地壓相對大一些，所以用的棚支也比較特別。

二、巷道的冒頂原理及分析

其實在巷道開采以后，其周圍的環(huán)境也會因為它的變化而變化。比如周圍的巖層受到巷道開鑿的影響，它原本的平衡將會被打破，周圍的巖石就會發(fā)生相應(yīng)的松動，這樣巷道不穩(wěn)定，會出現(xiàn)坍塌的危險，在這種情況下，我們就需要經(jīng)常對巷道進(jìn)行維護(hù)。在松動圈松動的程度和周圍巖石相應(yīng)的承受力還有周圍巖石承受的強(qiáng)度之間有密切的關(guān)系。當(dāng)巖石的性質(zhì)相同時，周圍巖石承受的力度越大，那么相應(yīng)的松動圈松動的程度就會越大；而當(dāng)周圍巖石承受的壓力相同時，周圍巖石的強(qiáng)度越高，那么松動圈松動的程度就會越小。由此我們可以看出，當(dāng)松動圈松動到一定程度時，那么它就無法提供相應(yīng)的支護(hù)，那么整個巷道就會處于危險之中，同時有可能發(fā)生各種各樣的安全事故。所以在巷道進(jìn)行煤礦開采工作中，當(dāng)進(jìn)入煤層中時煤體強(qiáng)度不高，煤體應(yīng)力和松動圈都會發(fā)生變化，變得比之前大。一旦煤體強(qiáng)度達(dá)不到支護(hù)基本要求時，巷道中很容易出現(xiàn)冒頂?shù)陌踩鹿省?/p>

三、施工工藝流程

1超前探查圍巖

為了能夠預(yù)先了解巷道施工中圍巖變化，達(dá)到“提前探測，全面了解圍層”基本要求，需了解地質(zhì)預(yù)報信息以及巷道圍巖發(fā)生大幅度變化情況，同時在迎頭頂部利用4.5m長風(fēng)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(yù)先了解巷道頂板巖性變化情況，根據(jù)準(zhǔn)確的地質(zhì)信息與相關(guān)資料，提出相應(yīng)方案，應(yīng)對煤礦生產(chǎn)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(xué)漿固化巷道頂板的工作。

2提前注化學(xué)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(qiáng)度會變低，這時圍巖會發(fā)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(yù)先對頂板做好超前固化的工作，特別是要增強(qiáng)頂板的支護(hù)，要不然的話成拱難度大，頂板漏冒事件發(fā)生的概率也會因此而提高。

3注漿材料的選擇

馬麗散KS化學(xué)注漿材料是在充分利用法國技術(shù)，進(jìn)行生產(chǎn)的新型高分子聚合產(chǎn)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(jìn)行封閉。它粘合力極高，機(jī)械性能好，當(dāng)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(qiáng)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(xì)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(jī)械性能。當(dāng)凝固后柔韌性會變得很好，固化后的狀態(tài)不收縮、不開裂，增加了巖(煤)體的機(jī)械阻力以及支撐力。在力學(xué)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(qiáng)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注漿參數(shù)的選取

通過氣動鑿巖機(jī)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(chǔ)上，設(shè)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(tài)，孔深4.5m，每個循環(huán)(進(jìn)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(yōu)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(diào)節(jié)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(jù)壓力設(shè)定，設(shè)計終孔注漿壓力至少得6MPa。當(dāng)注漿壓力極低，漿液擴(kuò)散半徑小，則預(yù)期注漿效果也會變差；與之相反，一旦液態(tài)漿承受的壓力過高，則進(jìn)展到注入漿水這個環(huán)節(jié)時，會極容易發(fā)生漏漿，造成安全事故，施工材料會大大受損。

5破碎帶

我們非常熟悉的一種漿液——馬離散化學(xué)漿液的凝固時間與其他漿液相比是非常短的，一般來說，最低要求是大于30min，60min后是凝固時間的極限了。破碎帶附近的巖石通過“提前注漿液、骨架加固”方式加固以后，周圍巖層的穩(wěn)定性會大大加強(qiáng)。我們?nèi)绻诖朔N情況下進(jìn)行施工或者作業(yè)，就能夠?qū)ο锏肋M(jìn)行非常有效的控制，這樣相應(yīng)的風(fēng)險就會大大降低，我們在復(fù)雜條件下施工的能力也會得到相應(yīng)的提升。在工程結(jié)束后，因為前期工程做的比較好，后期的巷道的松軟破碎帶的修護(hù)工程也會打大大降低。

四、結(jié)語

眾所周知，頂板控制對于煤礦生產(chǎn)的意義非同小可。面對復(fù)雜多變的地質(zhì)條件時，該如何減少頂板事故的發(fā)生概率呢？這就需要做好對掘進(jìn)工作面的頂板控制工作。通過預(yù)先探測圍層狀況，提前注入化學(xué)漿，以及在破碎帶加固周圍巖層穩(wěn)定性等，對煤礦掘進(jìn)工作面頂板進(jìn)行有效控制，這便能大大提高開采煤礦的安全性，以及提高煤礦企業(yè)生產(chǎn)效益。