综放工作面过风氧化带围岩控制技术

杨海龙，石来阳

(中煤平朔集团有限公司井工三矿，山西朔州 036000)

1 工程概况

平朔井工三矿39107工作面位于井工三矿井田西北部，工作面标高1180～1285m。西部为39106工作面，东部为39108工作面，南靠9#煤东翼辅运大巷(西段)，北部靠近大沙沟及风化露头。工作面走向长度575.8 m，倾斜宽度300 m，平均倾角8°，面积174437.6m2。地表为黄土丘陵，大部分被森林覆盖，沟谷发育，地面标高1344.7～1425.6m。

根据地质钻孔勘探信息，风氧化区域不含水，工作面煤层变质严重，局部成面状，支护困难。工作面回采以前，通过工作面煤层及顶板附近音频电透视探测成果、39017工作面地质报告、39107辅运巷风氧化带地段(QF9－QF10点之间)现场打钻取心、YTJ20型岩层钻孔探测等手段，揭示了风氧化带发育范围。

风氧化带距离39107工作面切眼约130m，氧化带区域横向长度约120 m，纵向长度约40 m。局部冒顶，因此39107工作面开采时顶板冒落的可能性将会很大。39107工作面风氧化带分布如图1所示。在39106工作面开采到氧化带区域时，已经发生过

图1 39107工作面风氧化带分布示意图

39107工作面风氧化区域埋深170 m，埋深较小，煤松软、破碎、无光泽，风氧化严重段呈粘土状。由于工作面上部煤层及工作面内均已风氧化，煤有粘性，故回采中存在以下风险:(1)顶板松软，顶板维护较困难，易发生冒顶事故;(2)帮部松软，可能发生片帮现象;(3)煤有粘性，对运输系统造成损害;(4)煤质较差，不易洗选。

2 巷道加固技术

39107辅运巷处于风氧化范围内，在掘进阶段曾出现冒顶、设备陷底等现象，针对这种情况，采取了巷道超前注浆和U型架棚加强支护相结合的措施。

2.1 超前注浆加固技术

2.1.1 注浆方案设计

第一排注浆孔要打到风氧化带外侧3 m左右的位置，为了整个注浆过程很好的衔接。每排布两个注浆孔，第一个注浆孔距离顶板1.5 m位置，角度为45°角。第二个注浆孔距离顶板0.5 m位置，角度为30°角。封孔在1.5 m处。每个循环间距为3 m。控制范围在15～20 m左右。注浆孔布置如图2所示。

图2 注浆孔布置示意图

2.1.2 注浆材料选择

注浆材料选择马丽散NS，该材料是一种双组份不含溶剂(1∶1注浆比例)的化学材料。具有的硅酸盐性质、具有高度粘合力及良好的机械强度，能够适用于快速胶结固化破碎的煤层和岩层及封堵漏风等复杂情况。由于其初始粘度低，混合液体可在高压推挤下沿煤岩、层裂隙延展渗透至所有裂隙(包括肉眼难以觉察的裂缝及在高压作业下重张开的微小裂隙)，反应后固化物的良好柔韧性和粘合强度不仅保证了煤岩体受压变形时不会开裂(适合应用在高早强和高韧性的地层固化)。马丽散NS无腐蚀、阻燃的安全环保特性，以及在水中不膨胀不吸水的性能可保证在潮湿环境中也具有良好的强化效果。注浆材料性能见表1所示。

表1 马丽散NS材料参数

2.1.3 注浆设备

注浆设备包括注浆泵、注射混合枪以及封孔器。

注浆泵采用气动注浆泵ZQBS－8.4/12.5由气动马达下方带动两个活塞，工作时吸料管分别插到两种液体材料中，活塞泵通过吸排料管抽运双组份材料的两种液体介质，两种液体压送比例为1∶1，之后两种液体分别通过高压软管压送到注射枪里进行混合，在设备的压力下混合物通过注射管输送到需要充填和加固的区域。

注射混合枪由静态搅拌器和均匀混合器以及单向阀、球阀等组成，具有安全、快捷和精准的特点，双液注射混合枪实现了双组份浆液的孔口自动配比混合，浆液通过混合枪达到混合和均匀搅拌的双重目的。而其他材料不加以有效混合，反应效果及质量会降低。

封孔器:由于封孔器对钻孔周围施加有一定的压力，能有效的起到封堵钻孔的作用，而且其特殊的结构可以保证在停止注浆后浆液不反料。

2.2 U型架棚支护

39107综放面辅运巷掘进过程中，在QF9－QF10点之间，巷道支护方式由锚网支护改为U型架棚支护，该段受风氧化影响显著，顶板破碎，回采时加强顶板维护。支护设计如图3所示。

图3 39107工作面过风氧化带辅运巷支护断面及剖面图

3 工作面围岩控制技术

在工作面通过风氧化带期间，采用提高液压支架初撑力、顶梁铺网等手段;围岩控制仍困难时再采用架前化学注浆方案，注浆孔布置方案如图4所示。工作面机尾段风氧化较严重，通过在此段采取及时支护顶板，顶板破碎严重时停机移架，移架后及时收回后部运输机的方法，防止冒顶和压死刮板运输机。

在工作面内预注浆，使之成为一个稳定的整体;为进一步维护顶板完整，减少风氧化煤进入煤流系统，综采队采取在风氧化带区域及其左右各5架范围内铺设菱形金属网，防止因顶煤氧化难以控制;保证支架的初撑力不低于额定工作阻力的80%;当顶板破碎易冒落时采取带压移架，采煤机割过后及时伸出护帮板;要严格控制采高，推过风氧化带期间，采高不超过3m且不放顶煤等措施。

4 煤质与设备管理

风氧化带范围内煤炭难以回收，煤质较差，洗选困难。在开采过程中，采取提高煤质的措施如下:

图4 39107工作面注浆孔布置方案

1)通过降低采高，超前支护，顶板铺网，上半圆木，风氧化区域不放煤等措施尽可能减少风氧化煤进入煤流系统。

2)若顶板漏下较多风氧化煤，停下前部运输机，待顶板稳定，支护完成后，开动前部运输机。

3)风氧化区域移架后及时收回后部运输机，防止顶部风氧化煤进入煤流系统。

4)及时排水，减少生产用水进入煤流系统，煤机割煤至此段适当减小煤机喷雾，防止风氧化煤遇水粘结性更强。

5)加强设备检修，保证开机率，尽快通过风氧化区域。

6)煤机割煤至风氧化区域需加强工作面中部、机头煤质较好区域放煤，减少风氧化煤对主运系统的损坏。

5 结语

井工三矿综采队采取针对性措施顺利通过风氧化区域，取得了以下成果:

1)选用注浆材料马丽散NS，采用深浅注浆孔注浆工艺，有效的加固了采场围岩。

2)辅运巷使用“U”型棚支护+木垛补强支护，回采期间巷道稳定性得到保障。

3)通过改进生产工艺，加强设备管理，减少风氧化煤对煤质、设备的影响。

4)此次开采实践对其他类似条件的回采提供了重要实践依据，具有重要意义。

［1］ 杜锋，杨本水，邵明建.风氧化带内倾斜长壁综采面矿压显现与控制［J］. 煤炭科学技术，2008，36(5)

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