工作面端面冒漏區(qū)控制技術(shù)應(yīng)用

賈楊帆

（潞安化工集團(tuán)溫莊煤業(yè)有限公司，山西 長(zhǎng)治 046300）

1 概述

潞安化工集團(tuán)溫莊煤業(yè)有限公司15103 工作面位于15 號(hào)煤層一采區(qū)西部，工作面西部為實(shí)體煤，東部為15102 工作面采空區(qū)，北部為15 號(hào)煤層開拓巷道，南部為井田邊界，走向推進(jìn)長(zhǎng)度1012 m，工作面長(zhǎng)度為235 m。開采的15 號(hào)煤層厚度平均4.6 m，煤層傾角3°～10°，頂?shù)装鍘r性見表1。

表1 15#煤層頂?shù)装鍘r性表

2 工作面冒頂機(jī)理

15103 工作面已回采至482 m 處，回采至473 m 處時(shí)位于工作面25#～47#支架前方煤體出現(xiàn)煌斑巖侵入，侵入?yún)^(qū)域主要集中在頂板上方以及下方1.5 m 范圍內(nèi)，煌斑巖主要以塊狀為主；工作面回采至475 m 處時(shí)，該區(qū)域頂板開始出現(xiàn)破碎現(xiàn)象，且伴隨著煤壁片幫；當(dāng)工作面回采至478 m 處時(shí)位于31#～34#支架前方端面頂板出現(xiàn)冒漏；當(dāng)工作面回采至482 m 處時(shí)冒漏區(qū)沿工作面走向?qū)挾冗_(dá)3.4 m，沿傾向?qū)挾冗_(dá)4.1 m，冒漏深度為2.4 m。通過現(xiàn)場(chǎng)觀察分析，工作面端面冒頂原因主要表現(xiàn)在以下幾方面：

（1）煤巖體硅化影響。15103 工作面在煌斑巖侵入后，煌斑巖附近煤巖體嚴(yán)重硅化，主要表現(xiàn)在煤體成流沙狀，巖體成破碎顆粒狀，煤巖體平均抗壓強(qiáng)度不足20 MPa，穩(wěn)定性差。當(dāng)工作面回采至煌斑巖區(qū)域時(shí)，在回采應(yīng)力作用下位于煌斑巖附近煤壁巖體垮落，造成端面距加大，頂板冒漏。

（2）回采工藝影響。15103 工作面回采煤層厚度為4.6 m，工作面采用一次采全高回采工藝，工作面回采至煌斑巖區(qū)域時(shí)，由于煌斑巖為塊狀結(jié)構(gòu)，隨著工作面落煤，煌斑巖巖塊隨之垮落，導(dǎo)致工作面端面加大，且頂板不平整成坑洼狀。

（3）支護(hù)效果差。工作面回采至煌斑巖侵入?yún)^(qū)時(shí)，由于頂板不平整，且頂板破碎垮落，造成在該區(qū)域支架初撐力及工作阻力不足現(xiàn)象。通過現(xiàn)場(chǎng)觀察發(fā)現(xiàn)，工作面回采至480 m 處時(shí)35#～47#支架平均工作阻力不足75%，從而導(dǎo)致圍巖在應(yīng)力作用下出現(xiàn)剪切破壞，降低了頂板承載能力以及煤柱支承強(qiáng)度。

3 冒漏區(qū)聯(lián)合控制技術(shù)

基于15103 工作面端面頂板冒漏機(jī)理，決定對(duì)冒漏區(qū)圍巖進(jìn)行注漿加固[1-5]，提高冒漏區(qū)圍巖膠結(jié)穩(wěn)定性以及內(nèi)摩擦角，再對(duì)高冒區(qū)采取人工假頂進(jìn)行填充，防止有害氣體積聚。

3.1 新型無機(jī)注漿材料加固

由于傳統(tǒng)的有機(jī)注漿材料如聚氨酯、馬麗散、雷特因等成本費(fèi)用高且反應(yīng)產(chǎn)物有毒，注漿過程中水化反應(yīng)屬于放熱反應(yīng)，在封閉空間注漿時(shí)很容易出現(xiàn)煤層自燃，所以決定對(duì)15103 工作面冒漏區(qū)采用新型無機(jī)注漿材料進(jìn)行加固。

（1）注漿材料成分。新型無機(jī)注漿材料主要由超細(xì)硫鋁酸鹽水泥熟料、石膏、石灰以及輔助性材料等部分組成，其中輔助性材料主要由減水劑、緩凝劑、增稠劑、速凝劑等部分組成，各成分配比見表2。

表2 新型無機(jī)注漿材料各成分配比表

（2）鉆孔布置參數(shù)。分別對(duì)冒漏區(qū)內(nèi)以及附近圍巖布置注漿鉆孔，冒漏區(qū)內(nèi)共計(jì)布置5 個(gè)注漿孔，鉆孔深度為3.0 m，直徑為45 mm，鉆孔均勻布置在冒漏區(qū)圍巖上；冒漏區(qū)以外鉆孔布置在冒漏區(qū)前方煤壁上（31#～34#支架前方），共計(jì)布置6 個(gè)注漿孔，孔深為5.0 m，間距為2.0 m，鉆孔布置仰角為45°。

（3）注漿順序：安裝注漿管→封孔→連接注漿泵→開啟注漿泵。先對(duì)冒漏區(qū)進(jìn)行注漿，后對(duì)附近巖體進(jìn)行注漿，注漿壓力為5.0 MPa。

3.2 人工假頂施工

3.2.1 鋪設(shè)柔性網(wǎng)

由于冒漏區(qū)圍巖破碎嚴(yán)重，采用單一錨桿（索）支護(hù)以及鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)時(shí)支護(hù)效果差、支護(hù)難度大，決定對(duì)冒漏區(qū)表層圍巖采用柔性纖維網(wǎng)進(jìn)行維護(hù)控制。

鋪設(shè)柔性纖維網(wǎng)長(zhǎng)度為10 m，寬度為5.0 m，柔性網(wǎng)采用寬度為50 mm 纖維帶交錯(cuò)編制而成，網(wǎng)格長(zhǎng)度及寬度為100 mm，纖維網(wǎng)縱向抗拉強(qiáng)度為500 MPa，橫向抗拉強(qiáng)度為400 MPa。柔性網(wǎng)將冒漏區(qū)內(nèi)圍巖全部包裹，并在冒漏區(qū)內(nèi)采用錨桿進(jìn)行固定。

3.2.2 人工假頂施工

（1）冒漏區(qū)內(nèi)柔性纖維網(wǎng)鋪設(shè)完后，在31#～34#支架前方端面頂板施工三架錨索吊棚，錨索吊棚長(zhǎng)度為5.0 m，吊棚與支架頂梁平行布置，每架錨索吊棚主要由一根工字鋼梁以及兩根長(zhǎng)度為4.5 m、直徑為17.8 mm 錨索組成。錨索吊棚施工后保證鋼梁與工作面之間頂板預(yù)留0.2 m 間隙，吊棚布置間距為1.5 m。

（2）兩架錨索吊棚施工完后，在其上方鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)、風(fēng)筒布（預(yù)留施工口，便于施工人員架頂）；然后在上覆依次鋪設(shè)道木搭設(shè)木垛，道木長(zhǎng)度為2.0 m，寬度為0.3 m，冒漏區(qū)內(nèi)共計(jì)鋪設(shè)兩組木垛，木垛內(nèi)道木成“井”字型布置，如圖1。

圖1 15103 工作面冒頂區(qū)聯(lián)合支護(hù)技術(shù)平面示意圖

（3）冒頂區(qū)內(nèi)木垛架設(shè)完后必須保證道木與頂板接觸嚴(yán)實(shí)，最后采用張拉機(jī)具對(duì)三架錨索吊棚進(jìn)行預(yù)緊。假頂施工完后對(duì)假頂區(qū)安裝注漿軟管并對(duì)四周遮蔽嚴(yán)實(shí)，然后進(jìn)行羅克休填充，確保假頂區(qū)間隙完全被封堵。

4 結(jié)語(yǔ)

15103 工作面已過冒漏區(qū)，通過對(duì)冒漏區(qū)采取注漿、人工假頂聯(lián)合支護(hù)后取得了顯著應(yīng)用成效：

（1）對(duì)工作面區(qū)采取新型無機(jī)注漿材料加固后，減少了水化反應(yīng)過程中放熱量，降低了注漿施工成本費(fèi)用；同時(shí)，新型無機(jī)注漿材料與傳統(tǒng)有機(jī)注漿材料相比，結(jié)矸率提高了1.5 倍，凝固體抗壓強(qiáng)度提高1.2 倍。

（2）相比單一錨桿（索）支護(hù)，人工假頂具有很好讓壓效果。對(duì)冒頂區(qū)施工人工假頂后，冒漏區(qū)得到了完全填充，實(shí)現(xiàn)了冒漏區(qū)巖體與假頂膠結(jié)為一體，避免了冒頂區(qū)瓦斯積聚、煤體自燃現(xiàn)象。