三軟煤層首采工作面局部冒頂原因及控制研究

李棟浩，劉 峰

(鄭州煤電股份有限公司告成煤礦，河南 登封 452470)

0 引言

三軟煤層相對于其他煤層開采有著較大的不同，三軟煤層的頂板、底板及煤層均屬于軟弱巖層，同時，煤層巖層中裂隙發(fā)育程度較高，構(gòu)造也相對復(fù)雜，在開采的過程中由于頂板較軟且裂隙較多，出現(xiàn)局部冒頂甚至大面積冒頂?shù)母怕氏鄬^大，嚴(yán)重影響到工作面開采的安全性。因此，對三軟煤層首采工作面局部冒頂原因及控制進(jìn)行研究有著較為重要的意義。

1 工程概況

某煤礦一采區(qū)東翼首采工作面傾斜長度358 m，走向長度2 560 m，所采煤層厚度在6 m左右，煤層傾角5°～12°，煤層垂直裂隙發(fā)育明顯，設(shè)計采用綜放開采，從當(dāng)前工作面開采情況來看，隨著工作面的推進(jìn)，頂板圍巖出現(xiàn)了明顯不穩(wěn)定的情況，工作面架前出現(xiàn)明顯冒漏，同時在頂板冒漏嚴(yán)重的區(qū)段，也衍生出煤壁片幫問題。因此，全面做好工作面局部冒頂原因分析并采取針對性的控制措施非常關(guān)鍵。

2 影響三軟煤層首采工作面頂板穩(wěn)定性的相關(guān)因素

1)巖性首采工作面頂板穩(wěn)定性帶來的影響。從大量首采工作面頂板穩(wěn)定性勘查來看，不同巖性的巖體包含的礦物成分不同，特別是頂板巖性中包含有較高的膨脹性軟巖成分時，在遇水等情況下，會出現(xiàn)明顯的吸水軟化膨脹，巖體中顆粒粘結(jié)力、摩擦力下降明顯，巖體的極限承載能力也隨之降低，導(dǎo)致圍巖變形量隨著時間的延長出現(xiàn)持續(xù)增加的情況。此外，隨著巷道埋深的增加，很多原本強(qiáng)度較高的巖石，在深部巷道中表現(xiàn)出軟巖的特點(diǎn)，成為了“工程軟巖”。

2)巖體結(jié)構(gòu)類型。頂板巖體在長時間的地質(zhì)作用下，整個巖體結(jié)構(gòu)類型較為復(fù)雜，巖體結(jié)構(gòu)的組合方式和立體形式直接給巖體穩(wěn)定性帶來較大的影響。例如，若巖體內(nèi)整體的裂隙較為發(fā)育，層間結(jié)合力較差，包含有較多的泥質(zhì)物、碎屑等充填物時，巖體整體的穩(wěn)定性受到較大的影響。

3)工作面采動影響。首采工作面頂板距離工作面的距離非常近，工作面選擇使用綜合機(jī)械化開采的方式，在通電之后，帶來的采動影響非常明顯。特別是在三軟煤層開采時，頂板中包含的裂隙較多，在采動影響下，裂隙被貫通的情況非常多，進(jìn)一步加劇了巷道頂板的破碎程度，增加了巷道頂板出現(xiàn)局部冒落的概率。

3 導(dǎo)致三軟煤層首采工作面局部冒頂?shù)闹饕?/h2>

為掌握首采工作面出現(xiàn)的局部冒頂問題，對工作面進(jìn)行了現(xiàn)場勘查，工作面出現(xiàn)局部冒頂?shù)脑蛑饕?個方面。

1)出現(xiàn)局部冒頂位置的巷道整體高度較大，因?yàn)橄锏栏叨瘸霈F(xiàn)了較大變化，超過了液壓支架最大的支撐高度，導(dǎo)致工作面頂板不能得到及時有效支護(hù)，出現(xiàn)頂板離層問題，最終形成網(wǎng)兜。

2)頂板破碎明顯。從現(xiàn)場勘查情況來看，在出現(xiàn)頂板冒漏的位置，整體的頂板就較為破碎，液壓支架又給頂板進(jìn)行了反復(fù)支撐，導(dǎo)致頂板破碎程度增加明顯，同時也存在液壓支架將網(wǎng)兜錨網(wǎng)全部插破之后，并沒有采取針對性的措施進(jìn)行控制，導(dǎo)致冒頂范圍擴(kuò)大。

3)淋水因素影響。在出現(xiàn)局部冒頂?shù)奈恢?，處于淋水較為嚴(yán)重的地段。從現(xiàn)場勘查情況來看，直接頂被泥化的情況突出，整體強(qiáng)度下降明顯，隨著頂板浸泡時間的延長，巷道頂板出現(xiàn)的變形冒落問題更為嚴(yán)重，各種類型的網(wǎng)兜非常多。

4 三軟煤層首采工作面局部冒頂控制措施

為了實(shí)現(xiàn)對首采工作面局部冒頂?shù)妮^好處理，本次選擇使用了化學(xué)注漿加固、打設(shè)木垛和抬棚等方式組成的復(fù)合式支護(hù)結(jié)構(gòu)。

1)化學(xué)注漿加固。針對頂板出現(xiàn)的淋水問題，通過注漿實(shí)現(xiàn)淋水通道的封堵非常關(guān)鍵。在具體實(shí)施時，在超前支架前梁的位置注入馬麗散，實(shí)現(xiàn)對超前頂板的加固。在運(yùn)輸巷道中注入馬麗散實(shí)現(xiàn)對端頭頂板的加固，在具體施工時，注漿孔的間隔設(shè)置在4 m左右，同時在超前工作面50 m的范圍內(nèi)進(jìn)行施工，全面實(shí)現(xiàn)對通水裂隙的有效封堵。

2)打設(shè)木垛和抬棚對冒落的區(qū)域進(jìn)行支護(hù)。具體采用過渡支架將工字鋼架設(shè)起來，選擇使用工字鋼的長度為9 m，工字鋼一端放置到過渡支架上，另一端選擇使用單體支撐，每2根單體支撐1根工字鋼。木垛使用4根工字鋼支撐，實(shí)現(xiàn)對頂板的全面支護(hù)。同時，設(shè)計在木垛旁邊的煤壁側(cè)打設(shè)2根錨桿，實(shí)現(xiàn)對支護(hù)的補(bǔ)強(qiáng)。在頂板的臺階位置打設(shè)6根錨桿，全面提升支護(hù)強(qiáng)化，防止再次出現(xiàn)冒頂?shù)那闆r。在進(jìn)行冒頂?shù)奶幚碇?，工作人員全部從工作面撤出來，同時在冒頂位置向外30 m左右，設(shè)定警戒線，防止人員誤進(jìn)冒頂區(qū)域出現(xiàn)安全事故。在進(jìn)行冒頂區(qū)域的處理時，需先對冒頂?shù)膮^(qū)域加強(qiáng)通風(fēng)，瓦斯檢查人員對現(xiàn)場瓦斯?jié)舛冗M(jìn)行檢查，確保在瓦斯?jié)舛仍诓桓哂?.8%時，才能進(jìn)入到冒頂區(qū)域進(jìn)行現(xiàn)場處理。

3)全面采取超前支護(hù)的強(qiáng)化。在超前支架行人側(cè)，選擇使用錨索梁進(jìn)行超前頂板加強(qiáng)支護(hù)。在運(yùn)輸巷道超前頂板，沿著巷道的方向施工雙排錨索梁，工作面在推進(jìn)的過程中，錨索梁隨之推進(jìn)，設(shè)計采用這種方式能夠防止回風(fēng)巷道上端頭頂板出現(xiàn)冒頂事故的發(fā)生。從礦井三軟巷道局部冒頂控制實(shí)踐來看，通過對支架工況進(jìn)行改善，選擇使用帶壓移架的方式，能夠較好防止出現(xiàn)局部冒頂?shù)那闆r。同時，通過提升支架初撐力，可實(shí)現(xiàn)頂板的較好控制，有利于防止直接頂離層情況的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)對局部冒頂?shù)妮^好控制。在具體實(shí)施時，首先對支架的工作情況進(jìn)行改善。為了較好提升頂板支撐效果，對煤壁壓力進(jìn)行較好緩解，對支架支護(hù)阻力進(jìn)行科學(xué)設(shè)置，確保支架不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對頂板的支撐，同時又有利于對煤壁片幫的情況有效緩解。選擇使用帶壓移架。在對支架移動的過程中，設(shè)計支架稍微降低，確保支架移動的過程中仍有一定的支護(hù)阻力，實(shí)現(xiàn)擦頂移架，有利于減低頂板離層破壞的問題，提升頂板完整性，實(shí)現(xiàn)對頂板的較好控制。選擇使用化學(xué)加固的方式。對于頂板出現(xiàn)較為破碎的區(qū)域，同時破碎的范圍也相對較廣時，可選擇使用化學(xué)材料進(jìn)行加固，將化學(xué)材料壓入到破碎煤巖體的空洞或者裂隙中，讓煤巖體顆粒有效粘結(jié)在一起，形成一個完整的膠結(jié)體，提升頂板的完整性，不僅有助于控制頂板穩(wěn)定，同時也有利于提升頂板的極限承載能力，對于防止頂板出現(xiàn)局部冒落的情況較為有利。

此外，在整個頂板冒落返修的過程中，對于各個環(huán)節(jié)施工效果加強(qiáng)了監(jiān)管，確保各項返修技術(shù)措施均能夠高標(biāo)準(zhǔn)落實(shí)到位。特別是在打設(shè)錨桿。錨索的過程中，對錨桿、錨索安裝的位置，托盤安裝效果等進(jìn)行了全面的校核，確保各項技術(shù)措施嚴(yán)格落到實(shí)處。

5 結(jié)語

全面做好三軟煤層首采工作面局部冒頂?shù)姆乐喂ぷ鞣浅ｊP(guān)鍵，但是從當(dāng)前三軟煤層首采工作面局部冒頂防治工作的開展情況來看，在很多方面還有著較大的提升空間，特別是在深部開采中，一些在淺部開采階段屬于硬巖的巖層，在復(fù)雜高應(yīng)力的作用下，表現(xiàn)出“工程軟巖”的特點(diǎn)，成為了三軟煤層。因此，這就需要在進(jìn)行深部開采過程中，充分認(rèn)識到三軟煤層首采工作面局部冒頂防止工作的新特征、新情況，采取針對性的措施，全面提升冒頂情況防治效果。