综放工作面破碎顶板加固煤岩体材料应用技术分析

2021-05-26冀海鸿

山西冶金 2021年2期

冀海鸿

（山西华阳新材料科技集团有限公司，山西阳泉045000）

一矿是华阳新材料科技集团（原阳煤集团）的特大型主力矿井，核定生产能力850万t/a，采用走向长壁后退式综合机械化放顶煤一次采全高采煤方法。矿井随着开拓延伸，逐步进入构造密集发育区，开采条件收到很大影响。81304工作面由于受构造影响，工作面片帮严重，顶板破碎流煤，导致支架不能有效接顶，顶板管控难度较大，不利于矿井高产高效的发挥。为此试用由煤矿加固煤岩体用硅盐酸改性聚氨酯材料对工作面顶板破碎地段进行注胶维护，加固破碎围岩,保障工作面正常推进，取得了很好的效果。

1 工作面状况

81304工作面工作面地表位于四十亩梁以东，皇墓沟以南，高家沟以西，营房沟以北的山梁沟谷地带。工作面上方有三条河流穿过，分别为狼窝沟河、白龙庙沟河和皇墓沟河。井下位于十三采区轨道巷以西，81306工作面（正在掘进）以南，十五采区（未掘进）以东，81302工作面（已经回采）以北。采用走向长壁后退式综合机械化放顶煤一次采全高采煤方法；双滚筒采煤、落煤和装煤，液压支架维护顶板和放顶煤，前部刮板输送机和后部刮板输送机运煤；全部垮落法管理顶板。工作面煤层赋存稳定，煤层结构6.29 m，煤层总厚度最大6.73 m，最小5.93 m，平均煤厚6.29 m，煤层节理发育。煤层节理产状：30°∠60°于2020年10月30日推进至238 m处开始遇构造集中带，先后硬过3个构造，2个陷落柱和1个挠曲构造，构造参数为，陷落柱36×20 m、49×34 m，挠曲：254°∠18°，褶幅3 m，最大影响范围55-148架，其中55-144架全岩，145-148架割底1.2 m。受构造影响，工作面77架-148架煤壁片帮严重，顶板破碎，90-120架采高低，最低处采高1.65 m，前期主要采用三矿丰源生产的煤岩体加固材料，由于丰源生产的煤岩体加固材料对煤岩体交接处粘结效果差，顶帮维护效果不好，需二次上梁维护，安全系数较低。

2 材料特性及注胶方案

2.1 材料特性

根据国家煤矿安监局关于印发《煤矿井下反应型高分子材料安全管理办法（试行）的通知》（煤安监技装〔2020〕18号），第十六条规定：依法取得煤矿矿用产品安全标志的高分子材料方可入井使用。该煤矿加固煤岩体用硅盐酸改性聚氨酯材料，已取得煤安标志，其特性主要为：抗压强度高约39 MPa，反应时间可调控；反应温度低，闪点高、阻燃、抗静电；注入煤岩体后安全性好。

2.2 技术参数（见下页表1）

2.3 注胶方案

通过现场勘查，工作面77号—148号支架处均存在不同程度片帮冒顶，由于工作面条件较差，试用材料数量有限，本次选用在84号—94号支架间进行注浆加固。

此次设计注浆试验分两个循环，第一个循环在84号、86号、88号、90号、92号支架处各布置一个钻孔进行注浆，在工作面推进2—4刀后，在85号、87号、89号、91号、93号支架处各布置一个钻孔进行注浆。

钻孔布置方案：在支架下方煤壁500 mm处布置一排钻孔，钻孔深度5 m，钻孔直径42 mm，角度斜向上25°，钻孔间距3.0 m，封孔器放在开孔1.0~1.5 m处，单孔注浆量不少于80桶。孔距、孔深、钻孔角度及单孔注浆量可根据现场实际情况进行局部调整，具体如图1所示。

表1 材料的技术参数

图1 钻孔布置图

3 现场施工情况

开始试验使用加固材料在工作面顶板破碎地段进行注胶加固，因工作面77—148架存在不同程度的片帮、冒顶，未完全按照原定注胶方案施工，现场注胶地点现场确定，注胶孔布置方案：在支架下方煤壁500 mm处布置钻孔，钻孔深度5 m，钻孔直径42 mm，角度斜向上25°，封孔器布置在开孔1.0~1.5 m处，单孔注胶量根据现场实际确定。由于加固材料在过构造后期投用，工作面片帮、冒顶等问题较过构造初始阶段更为严重，加固材料单孔平均注胶量为1.86 t，至2020年12月3日共注胶67.175 t。

4 注浆后效果及对比分析

4.1 顶板管理方面

采用煤矿加固煤岩体用硅盐酸改性聚氨酯材料后，破碎煤岩体加固为一个整体，工作面顶板管理得到有效改善，片帮、顶板破碎现象明显减少，不需上梁维护，顶板得到有效控制，片帮流煤现象减少。机组在注胶区段截割后发现，该产品对煤岩体裂隙充填效果较好，煤体胶结明显，注胶区域煤壁片帮、顶板破碎现象得到有效控制，如图2所示。

图2 加固顶板及煤壁情况

4.2 推进度方面

81304工作面于2020年11月8日开始过大型复合构造，至2020年11月23日共推进13.3 m，日均推进度0.83 m，日均产量2 115 t；2020年11月24日顶板稳固后开始恢复推进，2020年11月24日至2020年12月3日工作面共推进18.1 m，日均推进度为1.81 m，日均产量3 803 t，超产180%。使用加固材料后，推进速度和产量得到大幅度提升。维护费用降低1 247元/m。工作面机尾三角煤煤壁平直，片帮、冒顶次数明显减少，控制巷道变形能够满足通风、行人断面的安全生产要求。