松軟煤層大采高片幫冒頂防治技術(shù)

胡振華

(西山煤電集團杜兒坪礦，山西 太原 030022)

大采高是中厚煤層常用開采方法，當開采的煤層松軟時，極易造成頂板冒落、煤壁片幫問題，給工作面正常生產(chǎn)造成不利影響[1～2]。對于煤壁片幫、頂板冒落防治措施主要包括有注漿加固、降低采高、施工錨桿、提升支架工作阻力以及及時伸出支架前擋板等措施[3～6]。文中以6303大采高工作面開采為背景，對引起采面煤壁片幫及冒頂因素進行分析，并對采取的防治措施進行分析(去掉)探討，以期能為其他礦井片幫、冒頂防治工作開展提供一定借鑒。

1 工程概況

山西某礦開采的3號煤厚度在5.23m，傾角在8°，硬度值平均0.46。煤層裂隙發(fā)育，較為松軟，具體回采工作面頂?shù)装鍘r性圖1。

圖1 工作面頂?shù)装鍘r性

6303采面開采3號煤層，可采長度為在880m、斜長在215m，回采工作面開采時超前支承壓力影響范圍為15～23m，壓力峰值位于采面前方8～10m處，開采引起的破碎卸壓帶范圍在3.5m左右，應力集中系數(shù)在1.7?；夭晒ぷ髅娌捎么蟛筛卟擅汗に?，由于開采3號煤層松軟，同時部分區(qū)域頂板破碎，極其容易在采面回采過程中出現(xiàn)大范圍片幫及冒頂事故，制約采煤工作高效開展。

2 采面煤壁片幫原因分析

在3號煤層開采時受到煤層松軟、頂板破碎等影響，回采工作面極其容易出現(xiàn)片幫問題，不僅制約煤炭開采效率而且給回采安全帶來一定影響。采面片幫因素跟煤層地質(zhì)賦存條件，煤炭開采方式等密切相關(guān)。

1)6303采面區(qū)域內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造復雜，發(fā)育有斷層、褶曲以及其他隱伏構(gòu)造影響，煤層內(nèi)裂隙、節(jié)理發(fā)育。根據(jù)地質(zhì)勘探，發(fā)現(xiàn)6303采面開采范圍共揭露有8條斷層，落差均在1.3～5.2m，在斷層影響附近內(nèi)煤巖體更為破碎；在距離采面回撤通道185m位置發(fā)育有X24陷落柱，短軸、長軸長分別為62m、25m。

2)3號煤層部分區(qū)段存在有偽頂，同時上覆頂板砂巖內(nèi)有裂隙水，在水作用下頂板強度有所降低，直接弱化頂板砂質(zhì)泥巖強度，更為容易引起煤壁片幫。

3)采面開采高度大，回采期間礦壓顯現(xiàn)明顯，頂板及煤壁承受較大壓力，加之煤層本身有松軟層，軟硬不均衡，更容易導致煤壁片幫。受到區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造影響，采面開采有部分區(qū)域呈仰斜開采，局部仰角達到12°，采面回采后煤壁前傾，頂部煤層在自身重力作用下產(chǎn)生有(去掉)向采空區(qū)方向的分力，隨仰采傾角增加煤壁穩(wěn)定性降低。

4)采面由于停采等原因，造成推進速度緩慢，從而進一步導致礦壓顯現(xiàn)，煤壁受到的承載壓力增加，導致裂隙擴展甚至片幫。

3 片幫冒頂防治技術(shù)

3.1 化學注漿加固

根據(jù)6303回采工作面開采情況，為了降低煤壁片幫、頂板冒落度對回采工作面生產(chǎn)造成影響，對煤壁進行注漿加固，從而提升煤體自身承載能力及穩(wěn)定性。注漿加固分段進行，具體為：對于頂板破碎區(qū)域采用單排眼挑頂注漿加固方式固化頂板破碎巖層；對于煤層頂部片幫區(qū)域采取對破碎煤體均衡注漿提高煤體穩(wěn)定性；對于劈裂滑移區(qū)域采用錨注方式提升煤壁穩(wěn)定性。具體在頂部片幫區(qū)域注漿鉆孔布置見圖2。

針對回采工作面煤壁片幫、冒頂類型，設計不同的注漿加固方式，具體注漿孔布置參數(shù)見表1。

圖2 頂部片幫區(qū)域注漿鉆孔布置示意圖

表1 注漿加固鉆孔參數(shù)

注漿施工方案為：鉆孔施工采用風動錨桿鉆機，選用封孔器(長2.5m)進行封孔，采用高壓進行注漿，選用的注漿材料為馬麗散。為便于后續(xù)的施工，鉆孔施工及注漿按照單雙號間隔跳孔進行，具體鉆孔注漿結(jié)束標準為：達到設計注漿壓力后持續(xù)3min以上；雖然未達到鉆孔注漿壓力但是煤壁周邊溢漿嚴重。

具體采用的注漿系統(tǒng)構(gòu)成及施工工藝見圖2。

圖2 注漿系統(tǒng)構(gòu)成及施工工藝

3.2 其他措施

在采面回采過程中，采用布置木錨桿方式增加對煤體的支護，同時改變采煤機的割煤方式，具體為采用雙滾筒割煤，前部滾筒截割頂部煤層，后部滾筒截割底煤，避免出現(xiàn)懸掛煤體，從而改善煤壁受力狀態(tài)。采煤機割煤完成后，及時伸出液壓支架護幫板，防止采煤機割煤后出現(xiàn)頂板懸空問題。

在回采工作面開采過程中，當頂板有凹凸不平情況發(fā)生以及煤壁出現(xiàn)片幫等問題時，對頂板巖層進行二次支護，具體措施為在頂板出現(xiàn)“凹凸點”位置布置木垛或者施工錨索對頂板巖層進行控制，確保頂板不出現(xiàn)空頂。

對采面開采的3號煤層厚度變化情況進行檢查，提前預測煤層厚度變化情況，嚴格控制液壓支架支撐高度以及采面采高，避免出現(xiàn)采面超高顯現(xiàn)。當采面層厚度突然增加，煤體松軟時可以適當降低采面開采高度，避免煤層突然變厚而造成支架移動困難問題。

3.3 防治效果

在回采工作面制定的煤壁片幫及冒頂防治措施后并進行現(xiàn)場實施，對采面開采過程中的煤壁片幫、冒頂?shù)惹闆r進行監(jiān)測，具體結(jié)果見圖3。

圖3 煤壁片幫監(jiān)測結(jié)果

從圖中看出，采取上述治理措施后，煤壁片幫、頂板冒落發(fā)生率顯著降低，采面在后續(xù)開采過程中無頂板大面積冒落、煤壁大范圍片幫等問題，采面開采環(huán)境得到較大改善。

4 總結(jié)

1)對6303大采高回采工作面煤壁片幫、頂板冒落影響因素進行分析，具體造成回采工作面出現(xiàn)大范圍片幫、冒頂?shù)囊蛩貫槊簩颖旧斫Y(jié)構(gòu)松軟、采面開采高度大、區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造以及采動超前支承壓力等。

2)根據(jù)6303大采高工作面具體地質(zhì)條件提出采用煤壁片幫、頂板冒落防治技術(shù)，具體為煤壁注漿加固、采用木錨桿支護煤壁、改變采煤機割煤方式，當頂板不平時通過適當降低采面高度來控制頂板冒落。

3)采面煤壁片幫及冒頂防治方案現(xiàn)場應用發(fā)現(xiàn)：煤壁片幫、頂板冒落程度明顯降低，表明文中提出的防治技術(shù)方案對片幫及冒頂治理有較好的抑制作用，可以確保6303大采高工作面開采安全。