综采工作面过地质构造顶板冒落防治技术研究

2022-04-02王鹏星

山西冶金 2022年1期

王鹏星

（山西汾西矿业集团正新煤焦有限责任公司和善煤矿，山西沁源 046500）

顶板事故是矿井煤炭开采时主要事故类型，根据有关统计结果，2015 年—2019 年我国煤矿安全事故中，顶板事故占比可达到26%～29%。因此采取各类措施确保顶板稳定对提高矿井安全生产保证能力具有重要意义。山西某矿回采的5 号煤层顶板为粉砂岩、泥岩互层，岩层自身稳定性较差，在地质构造或者采动动压影响时顶板容易冒落。当顶板冒落时虽然采用注浆、构顶以及木垛等方式对冒落区进行处理，但是存在安全系数不高、作业效率低下以及劳动强度高等问题。本文即以该矿6503 综采工作面过地质构造为工程实例，对采取预防性措施防止顶板冒落，现场取得较好顶板控制效果，在一定程度上提高了采面生产安全保障能力。

1 工程概况

6503 综采工作面回采5 号煤层，煤层厚度平均4.5 m，采面设计走向、倾向长分别为1 485 m、229 m，采深平均360 m。5 号煤层顶底板岩性以泥岩、粉砂岩为主，具体顶底板岩层岩性特征见表1 所示。

表1 5 号煤层顶底板岩性

在6503 综采工作面回采之前，采用物探以及钻探方式对回采范围内地质构造进行探测，具体发现有3 个地质构造（断层）对采面回采有较明显影响，在地质构造影响范围内煤层顶板岩层裂隙发育。6503 综采工作面在回采至地质构造附近时，在采动动压影响下回采巷道以及采面顶板容易冒顶、采面煤壁容易片帮，从而给煤炭正常回采带来威胁。

2 工作面顶板冒落防治技术

采面回采过地质构造时顶板冒落容易冒落区域包括有回采巷道以及采面顶板等位置，为此将顶板冒落防治技术具体划分为回采巷道、工作面内两个部分，具体回采巷道顶板容易冒落区域为地质构造影响带，主要为运输巷570～620 m 范围。

2.1 运输巷顶板冒落防治技术

运输巷顶板冒落主要受到顶板岩层破碎以及工作面采动动压影响，在超前支承压力影响范围内运输巷地质构造影响范围内出现一定程度的漏顶、底鼓等问题。为了避免巷道顶板出现冒落事故，提出使用注浆方式对围岩进行加固，提高巷道围岩承载能力以及自身稳定性。

在运输巷地质构造影带段注浆由巷帮向顶板方向开展，具体工序为围岩喷浆封堵、顶板注浆加固。在运输巷地质构造影响段内喷射C20 混凝土，厚度为100 mm，通过巷道表层喷射可达到封堵裂隙以及强化围岩支护效果目的。

在运输巷顶板、巷帮位置各施工2 排注浆钻孔，钻孔深度均为6.0 m，顶板、巷帮注浆孔间隔分别为1 750 mm、1 500 mm，每排均布置3 个钻孔，注浆孔排距均为3 000 mm。钻孔使用手持风钻钻进，钻孔直径为42 mm，具体运输巷内注浆孔布置情况以及注浆加固顺序见图1 所示。钻孔注浆压力控制在4 MPa，注浆浆液为水泥浆+添加剂混合液。在注浆过程中若出现严重漏浆时则可采用堵漏剂对表层裂隙进行封堵，待堵漏剂有一定强度后再恢复注浆。

图1 运输巷注浆孔布置示意图

2.2 采面顶板冒落防治技术

在工作面内采用化学注浆方式对顶板以及煤壁进行加固，提高煤岩体整体稳定性以及承载能力。在采面煤层顶板下方1m 位置处布置注浆孔，钻孔仰角控制在45°以及60°、孔深为6～8 m，孔径为42 mm，从而实现对工作面前方5～6 m 范围以及顶板上覆2～3 m 范围的加固。具体在工作面内布置的注浆孔布置情况见图2 所示。

图2 工作面内注浆孔布置示意图（mm）

注浆选择聚氨酯，在矿井地面储量大而且应用较为广泛，采面工作人员对注浆加固工序较为熟悉。注浆压力选择为1～3 MPa，单孔注浆量控制在60 kg 左右。

2.3 工作面顶板冒落防治效果分析

运输巷、工作面顶板受地质构造影响较为明显，存在顶板、煤壁裂隙发育问题，在采面采动压力作用下容易出现顶板冒落。若对巷道进行二次修整不仅需要耗费大量的人力、物力资源，而且存在一定的安全隐患。

为确保地质构造影响范围内顶板岩层稳定，在采面以及运输巷内采用以注浆加固为主的顶板冒落防治技术，并进行现场应用。对回采巷道以及采面煤壁、顶板等进行预防性注浆加固后，采面回采期间运输巷、采面顶板以及煤壁稳定性均得以显著提升，地质构造以及采动动压综合作用引起的顶板冒落问题基本得以解决。在工作面回采过程中仅采面煤壁出现局部小范围片帮，不会影响采面煤炭正常回采。

通过在地质构造影响带内进行顶板冒落预防性注浆，有效提高了定板岩层稳定性并降低了冒落性风险。