马脊梁矿综采面应力集中冒顶区治理技术研究

强济江 孟国胜 孙占成

马脊梁矿综采面应力集中冒顶区治理技术研究

强济江 孟国胜 孙占成

以大同煤矿集团公司马脊梁矿14-2#层305盘区8505综采面应力集中区冒顶问题为研究对象，首先分析了工作面情况，在此基础上得出该工作面冒顶的原因，并制定出治理冒顶的技术方案，详细阐述了治理工艺过程及注意事项，通过生产实践验证了工艺的先进性，减少了该工作面应力集中区的冒顶问题。

综采面；应力集中区；片帮冒顶；马丽散；罗克休

马脊梁矿是一座年产400万t的大型矿井，随着矿井战场逐步向深部转移，矿山压力显现明显，回采巷道极易产生应力集中，顶板及煤壁周围应力集中区域明显增大，综采工作面煤壁片帮及漏垮冒顶问题严重，严重阻碍工作面正常有序安全生产。所以，有必要采用科学技术对其进行综合防治，有效控制工作面煤壁片帮及漏垮冒顶问题，遏制顶板事故的发生，使马脊梁矿安全高效生产，提高矿区的整体效益。

1 工程概况

马脊梁矿14-2#层305盘区8505综采工作面位于马脊梁井田第二水平。该工作面地形地貌为沟谷相间的丘陵、台地，有长沟、海青沟穿越部分工作面，地面大部分为耕地、幼树，地面无建筑物。地面标高1 327 m～1 430 m，井下标高1 112 m～1 166 m，位于井田深部。该工作面北东为14-3#层406盘区大巷，北西为本盘区实煤区，南东为本盘区8602工作面采空区，南西为万家咀村庄煤柱，上覆为14-2#层406盘区8608面采空区。工作面开采14-2#煤层。该工作面煤层赋存稳定性较差、结构复杂；煤层厚度0.6 m～4.4 m，平均为 2.5 m；煤层倾角为 20°～40°，平均30°，属近水平煤层。

2 8505综采面冒顶情况及原因分析

2.1 冒顶情况

根据工作面日常观察发现，8505综采面冒顶大多是局部冒顶。局部冒顶主要发生在巷道煤壁、切眼附近区域，应力集中、回采面两端 (机头机尾部)、地质破坏带 (断层面、含水裂隙)区域。这部分区域易发生冒顶，局部冒顶发生前常伴有煤壁片帮、顶板出现裂缝逐渐离层发生垮落漏顶、顶板掉渣、发出响声等明显征兆，在采动影响下局部冒顶逐步发展成为大面积冒顶，顶板持续断裂声响越来越大，有时产生闷雷声，煤壁片帮严重，顶板淋水加剧，极易发生冒顶事故。所以，要找出冒顶原因，采取合理有效治理手段治理冒顶，防止冒顶事故发生。

2.2 冒顶原因分析

该工作面处于井田深部，矿山压力较浅部工作面明显增大，顶板应力更易集中，煤壁片帮及漏垮冒顶现象明显。对于8505工作面，由于处于井田深部，矿山压力大，煤壁周围及顶板上方应力集中明显，煤壁及顶板所受的支撑压力大。随着工作面推进，煤壁处于不稳定状态，垂直方向所受的应力急剧变大，煤体节理裂隙变大，并且向巷道中央扩张，加上基本顶的反复断裂，当支撑压力达到极限时，煤壁发生片帮。随着片帮增大，空顶距变大，从而引起顶板冒落，而且煤壁片帮越严重，冒顶越严重。

该面冒顶区域煤岩层层理发育、裂隙明显、极易破碎，基本顶岩块缓慢运动时，基本顶与直接顶产生离层，基本顶岩块向下运动，冲击工作面液压支架，支架载荷加大容易被压坏导致冒顶。基本顶冲击来压时支架将可能被压坏、压死压入煤层底板，导致冒顶事故。

从工作面相互关系来看，14-2#层305盘区8505工作面顶板受11#层8521工作面的影响，14-2#层305盘区8505工作面与11#层8521工作面空间影响关系见图1。11-2#层305盘区8513工作面停采煤柱距离305盘区皮带巷180 m，煤柱宽度30 m，两层间距23 m。由于回采过程中上覆承压煤柱应力过于集中，导致8505工作面回采过程局部应力明显增加，煤壁易片帮，并且11#层采空区已平衡的应力受采动影响重新分布，煤壁出现大面积片帮，无法有效控制端面距，导致冒顶。当8505面推进到距11#煤层采空区约18 m～22 m区域时，来压反应明显，老顶在支撑压力作用下大面积失稳，导致大面积冒顶。

从工作面回采工艺来看，8505综采面采用留顶煤沿底板开采，采煤机采煤高度为2.3 m～3.2 m，比煤层厚度低，顶煤垮落后支架不能正常接顶，造成冒顶。同时，回采过程中不及时移架也容易造成冒顶。此外，回采管理不合理也引发冒顶。为了安全生产，必须采用技术手段对其进行治理。

3 8505综采面应力集中区巷道片帮冒顶治理技术

3.1 治理方案

针对马脊梁矿14-2#层305盘区8505综采面实际情况，结合本矿在多年生产中预防片帮冒顶的经验及对其冒顶原因的分析结论可以得出：治理冒顶问题重在加固煤体，加大煤体的抗压能力。对于8505综采面应力集中冒顶区冒顶治理，采用综合治理方案：罗克休泡沫充填巷道、马丽散固化围岩及煤体及改革道夹板传统的连接方式3种技术手段相结合的方法。该方案最关键的是技术材料：罗克休泡沫及马丽散两种化学材料。

罗克休泡沫是一种具有高膨胀性的树脂产品，由于该材料具有反应速度快、膨胀系数大、性能稳定、抗水性好、受力性能好等优点，特别适用于复杂地质条件下的高冒巷道充填。

马丽散加固是一种新颖的化学加固方法，它由树脂和催化剂两种基本成分组成，注入煤岩层几秒钟后，经过化学反应就可生成聚亚胶脂产品，开始膨胀，对围岩松动圈裂隙进行充填，对破碎松散体进行粘结，使之成为整体，提高了围岩的稳定性和抗压承载能力。治理工艺过程见图2。

3.2 治理工艺过程

从图2可以看出治理过程应分为两个阶段。总体来说，清理漏顶矸石，先把机组放在尾上，在清理漏顶矸石前检查漏顶范围内支架工况，工况差的及时修理，不能及时修好的必须在其前探梁下支设单体柱，并且在漏顶区两侧的机道处支设带帽单体支柱，待漏顶区四周维护好后，设专人站在安全地点将漏顶区的活石、零石用长柄工具从两头向中间由下及上将其彻底清理干净，待确认安全后工作人员在支架前探梁下清理矸石。首先在漏顶区两侧溜子上搭盖板，将漏下的矸石清理在盖板上，使溜子开启，然后逐渐将其拉出，大块经人工破碎后拉出。详细技术过程如下：

(1)待漏顶区矸石彻底清理干净后，控制漏顶区顶板，采取穿钢针用圆木刹顶，然后在其上方注罗克休充填，在煤体注马丽散。

①穿钢针由漏顶区两旁向中间穿。钢针采用4.5 m～5 m11#工字钢，每个支架中间穿1根。支架端面距较大时，用气焊在工字钢上吹眼使用道夹板把两根工字钢连接起来使用。

②穿钢针打孔前必须做临时掩体。临时掩体的施工方法为在相邻的两个支架前方，用4 m长圆木一端斜顶在煤帮上，另一端用锚链将其与支架顶梁固定牢固，然后在其上铺一层半圆木，并将其用把矩固定牢固。

③操作钻机打孔人员必须在临时掩体下工作。钻孔布置在工作面顶板下方煤体下（便于支架前探梁挑起钢针的地方）。钻孔与煤体向上保持仰角，角度视漏高而定。端面距较大时，相邻布置两个孔，一个孔深3.5 m～4 m，使所穿钢针外漏1 m；另一个孔深1 m～2 m，使钢针外漏3 m～4 m，将紧靠的两根钢针用直径12.7 mm钢丝绳及蛤蟆卡固定牢固。

④穿钢针前，将支架上方漏矸全部放下。操作时只能操作一架支架，待漏矸拉空后再操作下一架支架。然后穿钢针并在其上顺工作面铺一层3 m～4 m圆木刹顶。以此方法打完所有钢针，铺完刹顶木。刹顶木排列要严密，刹顶木全部用把矩固定牢固。

⑤在刹顶木上方充填罗克休。

(2)待人工假顶全部做完后，采煤机从尾向头扫底刀割煤，再将采煤机放到尾上，将工作面溜子推向煤壁，然后开始移架。移架先移漏顶区两侧支架，再移漏顶区支架。移架时每次设专人只移一架，移过的支架必须接顶严密，端面距尽可能最小，支架初撑力符合要求。

3.3 罗克休及马丽散加固施工工艺

图3 钻孔布置

罗克休及马丽散加固施工，首先确定打孔位置（见图3），要求孔直径为42 mm，深度为3 m～5.5 m，方位角20°～60°，然后钻孔，经注浆泵及注射枪打入破碎冒落空间，完成一次注浆。然后冲洗管路循环注浆，施工工艺流程见图4。注浆设备采用气动注浆泵，技术参数见表1。

3.4 冒顶治理注意事项

在本方案施工治理14-2#层305盘区8505综采面应力集中区冒顶过程中，一定要注意以下安全事项：

图4 工艺流程

表1 气动注浆泵技术参数

①处理漏顶期间，刮板机必须慢速开，采取搭盖板等方法控制溜子上的煤矸量，避免压住刮板机，或戗断大链；

②做人工假顶时，必须将溜子闭锁；

③处理漏顶期间采煤机尽可能放在尾上，尽量将溜子拉空，以免压住溜子；

④漏顶区移架和其他工序不能同时进行，每次只能移1架支架；

⑤大块矸石采用放炮、小块锤打方式破碎；

⑥放炮前必须用废旧皮带将放炮点前后10 m以内的液压支架及支柱内的仪表、机电设备、电缆、水管等遮掩好，以防打坏；

⑦放炮必须严格执行“一炮三检制”和“3人连锁放炮制”。

4 结论

通过综采一队连续两个月的矿压观测及现场人工观测，发现冒顶现象明显减小，有效控制了原有的大面积冒顶，取得了很好的治理效果。

①采用新型假顶支护材料罗克休，安全高效、节省物料和人力、减少人员在漏顶区作业时间，提高安全系数；

②改革传统的道夹板连接方式，11#工字钢在漏顶区快速对接缩短作业时间；

③首次在煤体尝试注射马力散，上覆煤柱集中应力得到有效控制；

④减少了由顶板事故引起的事故损失，提高了矿区的经济效益。

[1] 温运峰，高永格.对厚煤层综采面煤壁片帮冒顶严重的原因分析[J].河北建筑科技学院学报，2004(6)：69-71.

[2] 刘俊儒，赵树军.注马丽散超前加固采动应力集中区围岩实践[J].煤，2008(1)：25-26.

[3] 钱鸣高，刘听成.矿山压力及其控制 [M].北京：煤炭工业出版社，1991：123-125.

Research on Treatment Technology of Stress Concentration Roof Caving Zone under Fully Mechanized Mining Face in Majiliang Coal Mine

Qiang Jijiang Meng Guosheng Sun Zhancheng

This paper is based on the14-2#Majiliang mine 305 disc region 8505 fully mechanized coal face roof fall area of stress concentration problem as the research object,first introduced the analysis of the conditions of the working face,on the basis of the working face roof fall cause,formulate management roof technology solutions,elaborate the management process and need attention,through production practice validation of advanced technology,to reduce the stress concentration zone of working face roof fall.

fully mechanized mining face;stress concentration zone;slide and roof fall;Marithan;ROCSIL FOAM

TD323

A

1000-4866（2012）02-0029-04

强济江，男，1989年8月出生，2009年太原理工大学毕业，采矿工程专业工学学士学位，现在大同煤矿集团公司马脊梁矿工作，助理工程师。

孟国胜，1987年出生，采矿工程学士学位，内蒙古科技大学采矿工程工学硕士在读。

孙占成，现在大同煤矿集团挖金湾煤业公司工作。

2012-02-09

2012-02-23