采煤工作面过松软煤层带回采技术研究

孙志强

（山西汾西瑞泰正中煤业有限公司，山西 灵石 031300）

确保采面顶板、煤壁稳定是煤炭开采时需要重点解决问题。当采面出现片帮或冒顶事故时，采面开采范围内空顶距增加，液压支架受力不均衡，不仅会增大冒顶范围而且会导致液压支架出现失稳或者采煤机、刮板输送机等出现损伤等问题[1-3]。当回采工作面推进至松软煤层带期间，冒顶、片帮等问题更为突出，给煤炭生产带来较大制约[4-5]。为此，以山西某矿3506采煤工作面过松软煤层带为工程实例，探讨采煤工作面过松软煤层带回采技术的应用效果。

1 工程概况

3506工作面回采5号煤层，煤层2.9~6.4 m、平均5.23 m，煤层倾角平均8°，煤层内部夹杂2~5层泥岩、炭质泥岩矸石，煤层结构较为复杂，采面采用综放开采工艺。3506工作面切眼设计长度238 m、推进长度2 640 m，设计开采高度2.8 m、放煤高度2.43 m，采面采用U型通风，主要开采设备为MG750/1920-WD采煤机，ZF10000/23/50D型液压支架、SGZ1000/2×1000刮板输送机、SZZ1200/700转载机及PLM4000破碎机。3号煤层顶底板分别为砂质泥岩、细砂岩，具体见表1。根据回采巷道掘进揭露情况显示，3506工作面在回采至630~680 m范围内会遇到松软煤层带，期间煤壁松软，极其容易出现片帮、冒顶等事故。

表1 采面5号煤层顶底板岩性

在采面回采揭露的松软煤层带对煤层进行窥视并测定物理力学参数，具体钻孔窥视成果如图1所示。从钻孔窥成果看出，在松软煤层带内煤体内发育有大量的垂直裂隙，局部区域内垂直裂隙贯穿整个3号煤层，导致煤层连续性以及稳定性较差；在松软煤层带内煤体抗压强度介于3.2~5.7 MPa。

图1 松软煤层带钻孔窥视成果图

2 采面过松软煤层带回采技术

3506工作面在过松软煤层带期间面临的主要难题是煤壁片帮以及冒顶等问题，根据3506工作面现场实际情况，提出采用注浆方式提高煤壁强度及稳定性；以便为采面回采创造良好条件[6]。

2.1 注浆加固顶板及煤壁

3506工作面在松软煤层带内回采时，通过布置木锚杆或者玻璃钢锚杆对煤壁进行补强；同时优化采煤机割煤方式，将以往的双滚筒割煤改为前滚筒割顶煤、后滚筒割底煤，避免采面出现悬挂煤体，改善煤壁受力状态；采煤机割煤后及时伸出液压支架护帮板，施加给煤壁一定水平力并支护顶板，从而避免采面前方煤壁出现空顶问题。

采用超细水泥对采面前方煤壁以及顶板进行加固，注浆浆液选择水泥单液浆，水灰质量比设计为1∶1。由于顶板冒落以及煤壁片帮多集中在机头、机尾处，因此在采面两侧端头位置分别向煤壁以及顶板施工注浆孔。注浆孔孔径均为60 mm、孔深6 000 mm，钻孔与煤层顶板间呈30°~45°夹角。布置的注浆孔间距、排距设计均为2 500 mm，具体布置如下页图2所示。

图2 回采巷道注浆钻孔布置示意图（mm）

注浆钻孔施工工序具体为：围岩敲帮问顶→施工注浆孔→注浆管埋设→封孔器安装→高压软管连接注浆泵及注射枪→注浆泵启动→正常注浆泵→拆卸并清洗注浆管路、注浆枪。

2.2 其他辅助措施

1）控制采面端面距，提高支架工作阻力，便于及时维护采面顶板，保持液压支架-围岩稳定。采煤机割煤后及时伸出前梁挡板支撑煤壁。

2）适当提升采面回采推进速度，强化现场顶板及煤壁管理，将顶板漏顶或者煤壁片帮控制在萌芽阶段，同时采煤司机及其他人员应在液压支架支撑范围内工作，严禁空顶作业。采面在过松软煤层带期间应保证三机平直，不仅可便于提高综放设备管理而且有助于顶板管理。

3）在采面回采期间，当遇到顶板凹凸不平或者煤壁存在明显片帮征兆时，可对顶板采取二次支护措施，具体为在顶板上凹陷位置布置木垛或者锚索对顶板进行支护，确保采面无空顶。

4）提前对采面回采范围内煤层厚度进行监测，并依据煤层厚度监测结果严格控制采面开采高度。当开采范围内煤层厚度较厚时，可释放降低采面开采高度，从而避免煤厚突然变薄导致支架前移困难问题。

3 采面回采过松软煤层带效果分析

在采面采取过松软煤层防治措施后，对采面回采期间采面煤壁片版、冒顶情况进行监测分析，具体监测结果见图3。从图中看出，注浆加固后煤壁片帮问题得以明显好转，其中监测到片帮深度最大为350 mm，片帮发生次数较片帮前降低约50%。具体采面过松软煤层带期间措施应用后现场情况如图4所示。

图3 注浆前后片帮对比曲线

图4 现场注浆效果

采面回采过松软煤层带期间顶板冒落以及煤壁片帮等问题得以有效解决，顶板基本不出现冒落问题，虽然有小范围片帮但是不会给采面回采带来明显影响。采面回采速度仍能保持4.8 m/d，共计耗时13 d推进过松软破碎带。

4 结论

3506工作面回采过松软煤层带期间面临的主要问题是顶板冒落以及煤壁片帮问题，依据采面实际地质情况以及采面使用的开采工艺，提出采用注浆方式对煤壁以及顶板进行加固，并通过改进优化采煤工艺、强化液压支架管理等措施强化煤壁及顶板管理。现场应用后，采面回采过松软煤层带期间煤壁片帮问题得以有效好转，片帮发生率降低约50%，最大片帮深孔控制在350 mm以内，采面回采过松软煤层带期间回采速度仍可保持4.8 m/d，实现了安全高效过松软煤层带。