綜采工作面過斷層架前漏頂機(jī)理及控制技術(shù)

譚昌盛

（山西煤炭運銷集團(tuán)掌石溝煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048400）

1 概述

掌石溝煤礦15104 工作面東部為實體煤，南部與一采區(qū)三條大巷相連，西部與15103 回風(fēng)順槽相距150 m，為回采實體煤，北部為原掌石溝礦15101 工作面采空區(qū)，留設(shè)30 m 保護(hù)煤柱。

15104 工作面設(shè)計走向長度為1046 m，傾向長度為180 m，回采煤層為15#煤層，煤層結(jié)構(gòu)較簡單，含0～2 層夾矸，上部夾矸0.3～0.5 m，下部夾矸0.25～0.3 m，煤層厚度為3.55～4.84 m，平均厚度4.19 m。煤層頂?shù)装鍘r性見表1。

表1 15#煤層頂?shù)装鍘r性表

15104 工作面地質(zhì)構(gòu)造相對單一，主要以中小斷層為主。工作面推進(jìn)至740 m 處時位于34#支架前方揭露F11 正斷層，斷層落差為1.8 m，傾角為54°。斷層從34#～36#支架前方煤壁侵入向機(jī)頭方向貫穿，在工作面前方49 m 處運輸順槽處揭露。

2 工作面過斷層冒漏機(jī)理

2.1 工作面回采現(xiàn)狀

15104 工作面揭露F11 斷層后，斷層兩盤煤柱出現(xiàn)空間位移，34#支架向機(jī)頭方向煤柱為斷層上升盤，36#往機(jī)尾方向為斷層下降盤，工作面揭露斷層后從機(jī)頭向機(jī)尾方向采用俯斜回采工藝。早班工作面推進(jìn)至745 m 處時位于33#～36#支架前方頂板出現(xiàn)冒漏，冒漏長度為3.7 m，寬度為1.5 m，高度為1.4 m。工作面冒漏后及時超前移架（20#～40#支架）并減小采煤機(jī)截割深度為0.5 m，但是夜班第二刀割煤時再次出現(xiàn)冒漏，并與早班冒漏區(qū)貫穿，造成33#、34#、35#、36#四架支架頂梁上方出現(xiàn)“鏤空”現(xiàn)象，支架初撐力及工作阻力不達(dá)標(biāo)，工作面被迫停產(chǎn)。

2.2 斷層區(qū)頂板冒漏機(jī)理

1）構(gòu)造應(yīng)力影響。15104 工作面揭露斷層后，斷層附近圍巖在構(gòu)造應(yīng)力作用下出現(xiàn)嚴(yán)重破碎現(xiàn)象。隨著工作面推進(jìn)，斷層區(qū)圍巖裂隙發(fā)育帶范圍不斷擴(kuò)大，造成圍巖失穩(wěn)，集中表現(xiàn)在煤壁片幫、端面距加大且端面破碎、斷裂等，導(dǎo)致頂板冒漏。

2）回采工藝影響。15104 工作面揭露斷層后，從機(jī)頭向機(jī)尾方向采用俯斜回采工藝，采煤機(jī)下行割煤至30#支架時以8°下山角俯斜回采。俯斜回采期間對斷層上盤煤柱預(yù)留頂煤，回采至47#支架處完全揭露斷層下盤頂?shù)装濉８┬被夭善陂g30#～37#支架前方煤柱預(yù)留頂煤厚度在0～1.0 m，頂煤預(yù)留難度大，易垮落。

3）支架支護(hù)強(qiáng)度低。15104 工作面采用俯斜回采時，俯角大，該區(qū)域支架易傾斜，支架頂梁與頂板接觸面積不足70%，俯斜期間頂板失穩(wěn)現(xiàn)象嚴(yán)重，支架對頂板施加支撐力時頂板出現(xiàn)擠壓破碎現(xiàn)象，造成支架初撐力及工作阻力不足，支護(hù)強(qiáng)度低。

3 架前冒漏區(qū)控制技術(shù)[1-5]

3.1 圍巖注漿加固

為了提高斷層區(qū)圍巖穩(wěn)定性，對斷層區(qū)域煤柱采取注漿加固，注漿加固區(qū)主要分為切巷煤柱和順槽煤柱。

3.1.1 注漿鉆孔布置

1）15104 工作面揭露斷層后，在745～760 m段主要對工作面進(jìn)行注漿加固。注漿鉆孔布置在30#～45#支架前方煤壁上，鉆孔開口位置距頂板1.0 m，鉆孔深度為5.0 m，直徑為45 mm，布置仰角為45°，布置間距為2.0 m。

2）當(dāng)15104 工作面推進(jìn)至760 m 后，隨著斷層向機(jī)頭方向延伸，機(jī)頭側(cè)三角煤柱出現(xiàn)垮落，在760～790 m 段需對端頭三角區(qū)域布置注漿鉆孔。鉆孔深度為8.0 m，鉆孔布置在運輸順槽位于工作面?zhèn)让褐?，鉆孔垂直煤柱布置，布置間距為3.0 m。

3.1.2 注漿材料

考慮到工作面在斷層區(qū)圍巖破碎嚴(yán)重，圍巖抗壓強(qiáng)度低且裂隙高度發(fā)育，所以選擇的注漿材料必須具有滲透力強(qiáng)、粘接力好、凝固體強(qiáng)度高且具有一定的發(fā)泡效果，所以注漿材料選取美固MP367。該注漿材料主要由A、B 組分組成且以1:1 混合而成，漿液凝固速度快，發(fā)泡率高，反應(yīng)溫度低，具有很好的阻燃性和抗靜電性。

3.1.3 注漿施工

1）采用雙液化學(xué)注漿泵進(jìn)行注漿施工，注漿泵最大注漿流量為9.4 L/min，往復(fù)頻率為75 min-1，耗氣量為2.1 m3/min，額定注漿壓力為14 MPa，出漿口最大壓力為24 MPa。

2）注漿時從機(jī)頭向機(jī)尾方向依次注漿，注漿先高壓后低壓，穩(wěn)定注漿壓力為6 MPa，穩(wěn)壓時間不得低于10 min。

3.2 人工勾頂

為了對架前冒漏區(qū)實現(xiàn)封堵、填充，防止支架過冒漏區(qū)時出現(xiàn)初撐力、工作阻力不足現(xiàn)象，決定對冒漏區(qū)采取人工勾頂施工。

1）首先在32#～37#支架前方冒漏區(qū)頂板施工4架錨索吊棚，吊棚垂直煤壁布置，每架錨索吊棚長度為2.5 m，由1 根工字鋼梁和2 根長度為4.5 m、直徑17.8 mm 錨索組成，錨索吊棚布置排距為3.0 m，如圖1。

2）錨索吊棚施工完后，在吊棚上方沿工作面傾向方向鋪設(shè)4 排槽鋼，每排布置2 根，每根槽鋼長度為5.0 m，布置排距為0.5 m，槽鋼與錨索吊棚之間采用雙組卡纜交叉固定。

3）槽鋼固定后，在其上方鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)、風(fēng)筒布并架設(shè)“井”字型道木，道木鋪設(shè)到位后，采用張拉機(jī)具對錨索吊棚進(jìn)行預(yù)緊。

3.3 超前管棚支護(hù)

注漿及人工勾頂完成后，工作面回采前對俯斜段頂板施工一排超前管棚支護(hù)，防止留頂區(qū)冒漏、垮落。

1）超前管棚支護(hù)施工在30#～47#支架前方煤壁上，管棚支護(hù)體采用長度為3.0 m、直徑為30 mm無縫中空鋼管，端頭設(shè)置為削尖狀。管棚支護(hù)布置在設(shè)計俯斜頂板位置，以3°仰角布置，布置間距為0.5 m。

2）管棚支護(hù)施工后，當(dāng)工作面推進(jìn)2.5 m 時，施工第二排超前管棚支護(hù)，相鄰兩排疊加布置，疊加長度為0.5 m，并采用JW 型鋼帶進(jìn)行固定。

圖1 15104工作面過斷層架前冒漏區(qū)支護(hù)技術(shù)示意圖（mm）

4 效果

1）增加了圍巖穩(wěn)定性。通過對工作面斷層區(qū)圍巖注漿加固后，注漿液滲透凝固能夠及時對圍巖裂隙填充、封堵，并實現(xiàn)粘接作用，防止了裂隙區(qū)應(yīng)力釋放破壞作用，化學(xué)注漿改變了圍巖性質(zhì)及力學(xué)結(jié)構(gòu)，圍巖單軸抗壓強(qiáng)度提高至47 MPa。

2）控制了冒漏現(xiàn)象。對冒漏區(qū)采取人工勾頂后實現(xiàn)了對冒漏區(qū)的封堵，保證了支架在冒漏區(qū)的支護(hù)強(qiáng)度，避免了冒漏區(qū)瓦斯積聚以及氧化自燃等事故發(fā)生。

3）提高了支架支護(hù)強(qiáng)度。對斷層區(qū)圍巖采取注漿、人工勾頂以及超前管棚支護(hù)后，提高了架前頂板穩(wěn)定性，保證了冒漏區(qū)支架支護(hù)強(qiáng)度，實測后期支架冒漏區(qū)初撐力及工作阻力提高至95%以上，未出現(xiàn)支架倒架、頂梁鏤空等現(xiàn)象。

5 結(jié)語

15104 工作面過斷層期間架前冒漏區(qū)采取“注漿加固、人工勾頂以及超前管棚”措施，對冒漏區(qū)起到了顯著的控制作用，加快了工作面回采速度，減少了斷層區(qū)頂板冒漏、煤壁片幫等現(xiàn)象，達(dá)到了預(yù)期控制效果，取得了顯著應(yīng)用成效。