支架过冒顶区施工方法

刘宝玉，李国平，杨 博

(彬县煤炭有限责任公司，陕西 咸阳 712000)

0 引言

随着矿井开采深度的不断增加，回采工作面地质条件日益复杂，复合顶板、软岩顶板、地质构造等情况更为常见，对矿井开采提出了更高的要求。复杂地质条件下顶板支护更为困难，回采工作面容易出现冒顶，由于顶板冒落造成的人员伤亡、设备损毁、生产中止等事故，仍然是煤矿生产的主要灾害之一，特殊的地质环境需要制定特殊的方法，才能有效减少冒顶造成的损失。

雅店煤矿1101综采工作面架上冒顶后，顶板淋水加大，工作面处于停产状态，在确保安全的前提下若没有有效的处理方法，长时间拖延，一方面会给矿井造成巨大的经济损失，另一方面顶板裂隙水会使泥岩顶板继续恶化，造成工作面出现大范围架前冒顶现象。为了顺利解决工作面无法推进、快速通过冒顶区的问题，采用架前注射马丽散加固顶板，施工超前通道的方式进行移架推溜，既确保安全又缩短影响时间。结合矿井试验对此施工方法进行探讨，以期取得良好的技术经济效果。

1 工程概况

1.1 矿井概况

雅店矿井位于彬长矿区北部东侧，行政划分隶属于陕西省咸阳市彬州市管辖，距离彬州市城区约22 km。井田西至泾河，东南及西南与胡家河井田相邻，北以陕甘省界(四郎河)为界，井田东西长约19 km，南北平均宽约4.2 km，面积约53.056 3 km2，主采1号、4号煤层，地质资源储量617.64 Mt，可采储量362.77 Mt，设计生产能力4.0 Mt/a，服务年限65.2 a。矿井采用立井单水平开拓[1]，中央并列式通风方式，抽出式通风方法，在工业场地布置主井、副井、风井3个立井。井田共划分为4个采区，目前开采一采区1号煤层1101综采工作面。

1.2 工作面概况

1101综采工作面是雅店矿井投产的首采工作面，也是一采区1#煤层的首采工作面。工作面北部紧邻1102综采工作面，西部是为整个采区服务的2条下山。1101综采工作面走向长度3 130 m，倾向长度300 m，煤层平均厚度2.63 m，煤层埋藏深度490～750 m，工作面平均采高3.0 m，采用三巷布置，即运输顺槽、回风顺槽、泄水巷。工作面采用ZY8000/17/32D型液压支架。

1101综采工作面煤层伪顶多为灰黑色泥岩[2]，较松软，易风化破碎，为软弱岩石，常同煤层随采随落，极不稳定。直接顶板以2～3 m泥岩、砂质泥岩为主，部分为粉砂岩，少量粗及细砂岩。煤层老顶以细、中砂岩为主，部分地段为粗粒砂岩，成分以石英、长石为主，钙质胶结，较坚硬。煤层底板以灰色、灰黑色泥岩及砂质泥岩为主，部分为粉砂岩，富含植物根化石，遇水易膨胀。工作面平均涌水量400 m3/h，主要为顶板裂隙水，回采过程中顶板易冒落。

1.3 工作面出现的问题

1101综采工作面机头位置最低，回采位置在1 200 m时工作面处于俯采阶段，冒顶前回采期间受机电设备影响，回采进度较慢(平均1.5刀/天)。工作面推进速度减小，煤壁前方煤体破坏深度和煤壁最大水平位移量变大，端面顶板破坏高度和端面顶板下沉量增加，煤壁片帮和端面冒顶的概率增大，加之工作面回采过程中顶板裂隙水整体流向架前、机头位置，泥岩顶板遇水后易软化，导致1#～8#支架倾斜，其中4#～7#支架上方出现大面积冒顶，冒落的矸石架卡支架造成液压支架无法继续上升且支架高度低，采煤机滚筒无法行驶至机头位置，人工处理冒顶一方面存在安全隐患，另一方面支架高度低、顶板淋水大现场无施工空间。

2 支架过冒顶区施工技术措施

根据1101综采工作面架前淋水大[3-5]、4#～7#支架架上顶板以及周边围岩现状，首先通过向架前注射马丽散对破碎顶板进行超前加固[6-8]，有效控制围岩垮落，再通过施工超前通道、扩刷煤柱的方法对工作面冒顶区[9-13]支架进行推移，使支架进入完整顶板下并上升至规定高度，确保采煤机能够安全行驶到机头，使工作面进入正常生产状态。

2.1 马丽散加固

马丽散是由2种组分组成的聚亚胺胶脂高分子聚合物，用于煤岩体加固，煤层受压出现片帮和冒顶时的加固。该产品的高度粘合力和良好的力学及物理性能保证其与松散体产生高度粘合。马丽散注入岩层后，低粘度混合物保持液态几秒钟，渗透到细小的裂缝中，发生膨胀和粘结，从而将冒落区内松散岩石胶结在一起，有效地加固围岩松动圈，使之成为整体，提高了围岩的整体承载能力，从而有效控制顶板的垮落。其特点：粘度低，能很好渗入到微细裂隙中；粘合性好、强度高，具有良好的塑性；良好的粘合能力，与松散体形成很好粘合；良好的韧性能适应长期的地压影响；施工快捷简单。

为确保超前通道、煤柱扩刷过程中顶板稳固，从1#～10#架架前向煤壁注射马丽散对顶板进行充填加固。架前钻孔分别呈60°钻入，孔间距3 m，孔深为6 m，支架前梁上方为注射重点区域，注射马丽散达到理想充填效果，有效加固破碎围岩，胶结冒顶区域围岩，使之整体化，为周边围岩提供支护阻力，如图1所示。

图1 超前加固煤壁及顶板Fig.1 Advance reinforcement of coal wall and roof

2.2 施工超前通道

从1101综采工作面运输顺槽距煤壁3 000 mm处开始炮掘施工超前通道，超前通道为7 000 mm×2 000 mm×2 600 mm(长×宽×高)，如图2所示。

图2 超前通道平面Fig.2 Plane of advanced channel

超前通道采用锚杆+锚索+钢筋网+16b槽钢以及单体支柱配合铰接梁进行支护。通道顶板每排施工4根锚索，锚索规格为φ21.8 mm×8 000 mm、间排距500 mm×500 mm，16b槽钢横向连接每排锚索，槽钢每根长2 000 mm；通道帮部采用锚杆支护，锚杆规格φ22-M24-2200，间排距700 mm×700 mm；金属网规格为φ6.5 mm×1 000 mm×2 000 mm的钢筋焊接而成。超前通道每循环施工长度不能大于600 mm，锚网索支护完成后必须利用单体支柱配合铰接梁进行支护后再进行下一循环施工，如图3所示。

图3 超前通道断面Fig.3 Section of advanced channel

2.3 扩刷煤柱

超前通道施工完成后，沿通道走向分段扩刷3 000 mm煤柱，煤柱扩刷方向与运输顺槽方向垂直，由外向里依次进行，每扩刷600 mm为一个循环，如图4所示。扩刷后的煤柱顶板采用锚网索(锚索间排距500 mm×500 mm)进行支护，锚索、钢筋网规格同超前通道支护材料。一个循环锚网支护完成后，采用4.0 m长的π型梁配合4根单体支柱(即一梁四柱)对煤柱顶板进行支护，单体支柱的间排距为1 000 mm×500 mm，π型梁架设时向支架方向伸出150 mm，架设方向与运输顺槽方向平行。对超前通道原有的单体支柱支护进行替换时，要先架设π型梁，再拆除铰接梁。

图4 扩刷煤柱平面Fig.4 Plane of expanded coal pillar

第②、③段及以后每个循环的煤柱扩刷及支护按上述方法进行，如图5所示。

图5 扩刷煤柱断面Fig.5 Section of expanded coal pillar

2.4 效果分析

通过注射马丽散后，利用马丽散胶结性强、渗透性强以及遇水膨胀倍数大、强度高等特点，待冒顶区破碎顶板稳固，围岩胶结密实后，再进行刷扩施工，未再发生冒顶事故，为安全施工提供有力保障。

超前通道施工和煤柱扩刷完成后，一边采用小截深割煤，回采8#～204#架，同步对1#～7#架进行缓慢推移，使4#～7#架进入完整的顶板下，与顶板接顶严实。经过缓慢回采工作面顺利渡过冒顶区，恢复正常生产。

3 结论

通过超前通道施工，1101综采工作面4#～7#架顺利通过了冒顶区，工作面转入正常生产，施工方法简单且安全、高效，为工作面步入正常生产节省了时间，为企业挽回较大的经济损失。此施工方法在回采工作面的成功应用，为同类型工作面遇到同类问题提供了借鉴。