綜采工作面過應(yīng)力破碎區(qū)安全技術(shù)措施

溫偉翔

（潞安古城煤礦建設(shè)管理處，山西 長治 047105）

1 概況

潞安古城煤礦N1305 工作面位于井田東翼，北部為N1305 工作面，東部為實體煤，南部為N1305工作面，西部為東翼大巷。

N1305 工作面設(shè)計走向長度為1339m，傾向長度為187m。工作面回采煤層為石炭系3#煤層，平均厚度為6.32m，平均傾角為3°，煤層中含泥巖、炭質(zhì)泥巖夾矸0～2 層。3#煤層無偽頂，直接頂主要以泥巖為主，平均厚度為3.44m，基本頂主要以砂質(zhì)泥巖、粉砂巖混合巖層為主，平均厚度為11.5m，基本底主要以細粉砂巖為主，平均厚度為5.78m。工作面采用低位放頂煤回采工藝，機械采煤高度為3.5m，放煤高度為2.82m。

N1305 工作面回采至515m 處，位于42#～53#支架之間頂板出現(xiàn)破碎現(xiàn)象，頂板穩(wěn)定性差，導(dǎo)致支架出現(xiàn)工作阻力不足現(xiàn)象，工作面推進速度不足3.8m/d。

2 工作面頂板破碎機理

（1）斷層破壞煤體。根據(jù)工作面鉆孔資料顯示，N1305 工作面524m 處有一條F6 正斷層。斷層從40#支架向尾方向依次揭露，斷層落差為1.2m，傾角為54°。受斷層影響工作面煤體穩(wěn)定性遭到破壞，導(dǎo)致斷層上下盤處煤體膠結(jié)穩(wěn)定性差，呈破碎狀態(tài)。

（2）煤體穩(wěn)定性差。N1305 工作面回采的3#煤層穩(wěn)定性相對較差，煤體普氏系數(shù)f=1.5m，硬度低。受采動以及構(gòu)造應(yīng)力影響頂煤破壞嚴重，無法形成完整、穩(wěn)定的承載梁，導(dǎo)致工作面過斷層破碎帶期間，頂煤出現(xiàn)斷裂、破碎現(xiàn)象。

（3）回采速度快。N1305 工作面回采速度快，平均9.8m/d，造成工作面采空區(qū)垮落不及時，集中應(yīng)力不能快速前移，造成支架頂梁上方出現(xiàn)短暫應(yīng)力集中區(qū)，頂煤應(yīng)力破壞嚴重，出現(xiàn)破碎現(xiàn)象。

3 安全回采技術(shù)措施

3.1 注漿加固技術(shù)

（1）注漿加固技術(shù)原理。工作面在回采過程中破壞了煤巖體物理力學性質(zhì)，導(dǎo)致煤巖體破碎。通過對破碎煤巖體高壓注入粘接材料，對煤巖體裂隙帶、碎塊進行粘接、封堵，從而提高破碎煤巖體穩(wěn)定性，降低應(yīng)力對其破壞作用。

（2）注漿材料。通過對破碎區(qū)域施工窺視孔觀察發(fā)現(xiàn)，應(yīng)力區(qū)頂板局部區(qū)域相對破碎，所以僅采用化學材料加固效果相對較差，決定采用快速水泥及聚氨酯聯(lián)合注漿。注漿水泥采用PI62.5 型號的水泥，水泥砂漿配比為水泥∶細沙∶速凝劑為1:1:0.5。

（3）注漿設(shè)備。采用ZKSJ200 砂漿注漿機以及SMFB1.2/45 型氣動注漿泵進行聯(lián)合注漿施工。

（4）注漿工藝。① 采用淺、深孔聯(lián)合注漿施工工藝。淺孔主要是對工作面端面頂板進行快速加固，深孔主要是對工作超前應(yīng)力區(qū)頂板進行超前加固。② 淺孔施工在端面破碎頂板處，淺孔深度為3.0m，鉆孔直徑為40mm，鉆孔與頂板夾角為60°，鉆孔間距為3.0m，排距為4.0m，如圖1 所示。③ 深孔施工在工作面煤壁處，距頂板間距為1.0m，鉆孔直徑為50mm，深度為6.0m，鉆孔與頂板夾角為45°，鉆孔間距為3.0m，排距為5.0m。④ 鉆孔施工完后分別采用砂漿泵及氣動注漿泵對鉆孔依次注入水泥砂漿及聚氨酯粘合劑。水泥砂漿注漿壓力為3.0MPa，聚氨酯注漿壓力為1.2MPa。

圖1 N1305 工作面頂板破碎區(qū)注漿鉆孔布置示意圖

3.2 安全管理措施

（1）為了防止采煤機一次性割煤時出現(xiàn)頂板局部垮落，在過應(yīng)力破碎區(qū)決定采用分層松動爆破施工工藝。先進行下分層爆破，再進行上分層爆破，每次爆破長度為10m，爆破后及時超前移架支護頂板。

（2）工作面破碎頂板采取注漿加固2～3h 后再繼續(xù)回采，在過應(yīng)力破碎區(qū)時應(yīng)降低回采深度，回采深度控制在0.5m 范圍內(nèi)，采用分段移架工藝，縮短破碎頂板暴露時間。

（3）工作面過破碎區(qū)期間，為了防止液壓支架頂梁與注漿加固頂板產(chǎn)生剪切破壞，在破碎區(qū)域支架可采用搭梁法進行移架，每兩架支架頂梁上鋪設(shè)5 根長度為3.5m 工字鋼梁，鋼梁間距為1.5m。

（4）工作面在過破碎區(qū)域期間，若煤壁片幫嚴重或端面頂板下沉嚴重，可在破碎區(qū)域頂板施工超前錨桿或鋼針支護，移架時支架緊貼超前支護體帶壓擦頂移架，防止集中應(yīng)力對工作面頂板超前破壞作用。

（5）每個循環(huán)回采結(jié)束后，應(yīng)及時調(diào)整工作面?zhèn)涡保ＷC工作面“三直兩平”，嚴禁頂板有坡度變化、底板留底煤。回采期間若出現(xiàn)煤壁片幫時，必須補打玻璃鋼錨桿進行煤壁臨時維護。

（6）工作面在回采過程中，若出現(xiàn)局部冒落現(xiàn)象時，應(yīng)施工人工假頂進行維護，防止冒落頂板范圍進一步擴大。

4 效果

截至2019 年6 月25 日，N1305 工作面已回采至570m，完全通過了應(yīng)力破碎區(qū)，過破碎區(qū)總長度為55m。通過對應(yīng)力破碎區(qū)采取注漿加固技術(shù)后，破碎區(qū)煤巖體穩(wěn)定性得到了有效提升，煤巖體單向抗壓強度由13MPa 提高至48MPa，工作面端面頂板能夠形成相對穩(wěn)定的承載梁，防止了頂板破碎、煤壁片幫現(xiàn)象。在過破碎區(qū)期間，工作面最大端面距控制在0.4m 以下，頂板未出現(xiàn)嚴重破碎現(xiàn)象。工作面回采至524m 處時由于受斷層影響，在47#支架前方出現(xiàn)冒落區(qū)域，冒落高度為1.3m，但采取施工人工假頂、超前支護等安全管理技術(shù)措施后，冒落現(xiàn)象得到控制。工作面過破碎區(qū)平均回采速度為6.2m/d，取得了較好成效。