周擁軍

[摘 要]針對(duì)許疃煤礦7225工作面回采過(guò)程中受上部近距離71煤回采后造成的頂板破碎的技術(shù)難題，通過(guò)分析采用綜采的可行性及影響工作面安全高效開(kāi)采的主要技術(shù)因素，選用了合適的液壓支架，提出了相應(yīng)的破碎頂板加固方案及注漿參數(shù)，保障了7225工作面的順利回采。

[關(guān)鍵詞]近距離；頂板破碎；液壓支架；頂板加固

中圖分類號(hào)：TD823.81 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）07-0253-02

1、前言

對(duì)于層間距較小的煤層群（組）開(kāi)采，上分層的煤層回采后，將破壞圍巖原巖應(yīng)力分布狀態(tài)，引起圍巖應(yīng)力重新分布，不僅對(duì)煤層群（組）上覆巖層產(chǎn)生破壞，而且應(yīng)力影響范圍還將向底板深部傳遞，引起下部煤層頂板破碎，造成采煤工作面煤壁片幫、局部冒頂，液壓支架移架困難甚至被壓架等事故。

許疃煤礦中煤組主采71、72、82三層煤，71、72煤層間距平均為13m，72、82煤層間距平均為19m，特別是71、72煤層，呈分叉合并關(guān)系，總體上是淺部分叉，深部合并，兩層煤的層間距變化較大，從幾米很快就變?yōu)榱泓c(diǎn)幾米，且分叉合并線非常不規(guī)則，有時(shí)一個(gè)工作面會(huì)出現(xiàn)兩頭分叉、中間合并的情況，煤層的厚度差異很大，給回采工藝的選擇造成很大的困難。71煤平均厚度1.8m，72煤平均厚度2.6m，中間夾矸從0到2.5m不等。對(duì)71、72煤層合并區(qū)，即夾矸厚度在1m以下的，現(xiàn)采用一次采全高工藝，而對(duì)夾矸較厚區(qū)域，一次采全高支架不能適應(yīng)，必需分層的情況下如何確保72煤的安全高效開(kāi)采是礦井面臨的難題。

2、工作面概況

7225工作面位于82采區(qū)南翼三階段，東鄰7127工作面（已回采），南到7218工作面（尚未準(zhǔn)備），西到81采區(qū)南大巷保安煤柱，北到82采區(qū)大巷保護(hù)煤柱。工作面里段400m上部為7118采空區(qū)。

該工作面72煤層屬二迭系下統(tǒng)下石盒子組，厚度1.70～2.50m，平均2.40m，賦存穩(wěn)定；與上部71煤層層間距在0.8～9.3m之間，平均5.0m，與下部82煤層層間距在14.35～16.20m之間，平均15.15m。煤層內(nèi)生裂隙較發(fā)育，煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜。煤層傾角8°～16°，平均10°，煤層埋深-452.9m～-485.6m。工作面頂?shù)装迩闆r見(jiàn)表1。

3、工作面回采技術(shù)分析

（1）采煤方法分析

①、煤層賦存條件

7225工作面的72煤平均2.4m，工作面走向長(zhǎng)474m，工作面長(zhǎng)121m，工作面煤層傾角8°～16°，平均10°，煤層埋深-452.9m～-485.6m。煤層賦存具備綜采條件。

②、煤層頂?shù)装鍡l件

根據(jù)72煤生產(chǎn)實(shí)踐，許疃礦7225工作面最主要的問(wèn)題是頂板比較破碎，煤質(zhì)比較松軟，頂板不容易管理，容易出現(xiàn)漏冒頂事故，但有針對(duì)性地選用合適的支架架型和采用有效的頂板管理技術(shù)，完全可以充分發(fā)揮綜合機(jī)械化的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)安全高效生產(chǎn)。

（2）工作面安全高效開(kāi)采因素分析

①、根據(jù)機(jī)風(fēng)巷掘進(jìn)過(guò)程中實(shí)際揭露情況來(lái)看，工作面內(nèi)斷層構(gòu)造較復(fù)雜，小斷層較多，由于煤層厚度變化較大，受斷層影響，影響工作面正常推進(jìn)。且由于斷層附近壓力增大，巖石破碎，煤層厚度和傾角會(huì)發(fā)生變化，頂板更加破碎，支護(hù)困難。

②、工作面上部7118工作面回采時(shí)，破底較多，人為將工作面層間距變薄，受采動(dòng)及水的影響，72煤頂板巖體強(qiáng)度和承載力降低， 導(dǎo)致在工作面回采過(guò)程中工作面頂板破碎、整體性差。

③、針對(duì)近距離煤層破碎頂板特點(diǎn)，合理選用綜采液壓支架，是防治工作面煤壁片幫、漏頂?shù)囊豁?xiàng)技術(shù)難題。

4、工作面液壓支架選型

液壓支架的選型及結(jié)構(gòu)的確定既要考慮工作面頂?shù)装鍘r性.又要考慮煤巖的賦存條件。如煤層傾角、煤層厚度及變化、煤層普氏系數(shù)、頂板的跨落步距等。同時(shí)考慮回采時(shí)易發(fā)生片幫、冒頂和支架下陷現(xiàn)象。

7225工作面處在71煤和72煤的分岔區(qū)，由于71煤的開(kāi)采對(duì)底板破壞的影響，使得開(kāi)采72煤時(shí)頂板及其破碎，并且斷層構(gòu)造比較發(fā)育，嚴(yán)重影響了72煤層的回采，直接頂?shù)装鍨槟鄮r，煤體也松散，屬于典型的頂板破碎的“三軟”工作面。

在“三軟”煤層綜采工作面，通過(guò)及時(shí)支護(hù)，帶壓移架， 依靠支架提供足夠的工作阻力和初撐力，保持架上直接頂?shù)耐暾惶崆笆Х€(wěn)，且盡可能早地主動(dòng)承擔(dān)礦山壓力，從而減輕煤壁承受的礦壓，以保持煤體和煤壁的穩(wěn)定，避免片幫冒頂。要實(shí)現(xiàn)直接頂完整，頂梁的調(diào)平是前提。

三軟煤層頂板壓力反映強(qiáng)烈，液壓支架要有足夠的工作阻力。但初撐力不宜過(guò)大，因?yàn)橹Ъ芊磸?fù)支撐煤頂，煤頂易破碎，造成冒頂。

7225工作面直接頂強(qiáng)度較低，隨采隨落。要防止放煤過(guò)程中出現(xiàn)大量矸石現(xiàn)象；底板巖性強(qiáng)度較低，底板浮煤較多，液壓支架容易出現(xiàn)插底現(xiàn)象，在底座前端設(shè)置抬底裝置，當(dāng)出現(xiàn)插底時(shí)利用抬底座千斤頂，使支架拉移后被抬起。

通過(guò)對(duì)比，宜選用四柱支撐掩護(hù)式支架。它將有利于破碎及松軟頂板情況下的頂梁調(diào)平，維護(hù)頂板、防止架前片冒。

通過(guò)計(jì)算及校驗(yàn)，7225綜采工作面選用ZZ7600/20/40掩護(hù)式液壓支架，額定初撐力6970kN，額定工作阻力7600kN，額定支護(hù)強(qiáng)度0.97～1.03Mpa，支架支撐高度2.0～4.0m，支護(hù)寬度1.43m～1.6m，底座前端比壓1.8Mpa～3.2Mpa。

5、近距離煤層破碎頂板注漿加固

破碎頂板允許暴露的時(shí)間較短，暴露面積小，如得不到及時(shí)支護(hù)易發(fā)生漏頂事故，如得不到及時(shí)有效地控制，漏頂范圍越來(lái)越大，造成較大的冒頂事故，為了防止破碎頂板發(fā)生漏跨型災(zāi)害，必須在局部發(fā)生以前就要妥善地控制住頂板，使其不形成薄弱環(huán)節(jié)或者在發(fā)生局部漏頂以后及時(shí)加以封堵，加強(qiáng)支護(hù)、限制局部漏頂?shù)拿娣e進(jìn)一步擴(kuò)大。

超前預(yù)注漿固化是一種改善圍巖結(jié)構(gòu)，提高圍巖整體性和自承能力、降低支護(hù)成本、提高支護(hù)效果的有效方法，利用漿液把圍巖的各種弱面充實(shí)、重新膠結(jié)起來(lái)，改善圍巖的物理力學(xué)性能，從而提高圍巖的整體穩(wěn)定性。

7225綜采工作面頂板注漿方案：

（1）鉆孔布置

在7225風(fēng)巷，沿工作面傾向在距離7225切眼100m和120m處布置兩個(gè)鉆場(chǎng)。

1#鉆場(chǎng)布置在100m處，打9個(gè)鉆孔， 1#～5#鉆孔距頂板0.5m，孔深80m，每個(gè)鉆孔之間間隔1.0m，6#～9#鉆孔距頂板0.8m，孔深40m，每個(gè)孔之間間隔2.0m。

2#鉆場(chǎng)布置在120m處，打8個(gè)鉆孔， 1#～5#鉆孔距頂板0.5m，孔深80m，每個(gè)鉆孔之間間隔1.0m，6#～8#鉆孔距頂板0.8m，孔深40m，每個(gè)孔之間間隔2.0m。

1#鉆孔方位垂直機(jī)、風(fēng)巷；1#～5#鉆孔相鄰間的夾角均為14°，終孔間距20m；各鉆孔參數(shù)可根據(jù)煤層傾角變化適當(dāng)調(diào)整角度；鉆孔打到72煤層時(shí)，必須停止該鉆孔施工。

（2）注漿參數(shù)

注漿材料選用水泥、水玻璃混合漿液。

①、水灰比

綜合考慮井下施工條件和材料消耗等因素水灰比（0.75～1：1）及水泥、水玻璃比（20～1），確保注漿質(zhì)量。

②、滲透半徑

滲透半徑是確定加固區(qū)內(nèi)注漿孔間距及數(shù)量的依據(jù)。滲透半徑可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定，也可由下式估算。

式中 R —漿液擴(kuò)散半徑，cm；

Pc —注漿孔內(nèi)壓力，Pa；

P0 —受注裂縫內(nèi)地下水壓力，Pa；

T —注漿時(shí)間，s；

b —裂縫寬度（開(kāi)度），單位；

rc —注漿孔半徑，cm；

μ —漿液粘度，MPa·s

③、注漿壓力

一般加固煤體和破碎頂板時(shí)的注漿壓力為1～3Mpa。本工作面施工時(shí)嚴(yán)格控制注漿壓力，開(kāi)泵進(jìn)行控制注漿，開(kāi)始控制在0.8～1Mpa，注漿最大壓力為2Mpa。

④、注漿量。

漿液的注入量受到很多因素的影響， 如注漿壓力、時(shí)間、煤巖體裂隙的發(fā)育程度及破碎狀況、滲透性等， 還有注漿過(guò)程中注液的跑漏情況。原則上注漿量的多少總體上應(yīng)保證加固區(qū)域圍巖的良好注固效果，每個(gè)注漿孔的注漿量可用下式進(jìn)行估算。

Q=ALπRηβ

式中 Q —每個(gè)孔的漿液注入量，l；

A —漿液消耗系數(shù)（取1.2～1.5）；

L —鉆孔長(zhǎng)度方向加固區(qū)長(zhǎng)度，m；

η —巖石的裂隙率（1～10% ）

⑤、封孔長(zhǎng)度

封孔的長(zhǎng)度，不僅要能承受注漿孔內(nèi)漿液的外沖壓力，而且還要盡可能防止孔內(nèi)漿液沿封孔段圍巖外滲流失。因此確定封孔長(zhǎng)度除了要考慮阻止孔內(nèi)漿液的壓力外， 還要考慮煤巖松塌區(qū)的大小。一般封孔長(zhǎng)度不小于孔長(zhǎng)的1/3。

6、效果及結(jié)論

（1）針對(duì)7225工作面地質(zhì)條件，分析了采用綜合機(jī)械化采煤的可行性，并且分析了影響工作面安全高效開(kāi)采的主要技術(shù)因素；

（2）針對(duì)7225工作面地質(zhì)條件，選用了合適的液壓支架，經(jīng)回采實(shí)踐表明，該支架適應(yīng)工作面煤層及煤層頂?shù)装鍡l件；

（3）針對(duì)7225工作面地質(zhì)條件，提出了相應(yīng)的破碎頂板加固方案，設(shè)計(jì)了注漿參數(shù)。注漿工藝簡(jiǎn)單，成本低，為破碎頂板工作面安全高效開(kāi)采提供了保障；

（4）7225工作面自回采以來(lái)，生產(chǎn)過(guò)程中未出現(xiàn)嚴(yán)重的煤壁片幫和漏矸現(xiàn)象，并且工作面月進(jìn)最高150m，月產(chǎn)量最高將近10萬(wàn)t?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐表明，7225工作面采煤方法選擇正確、液壓支架選型合理，破碎頂板加固方案可行，取得了顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。