近距离煤层掘进工作面顶板控制

杨 钊

(贵州松河煤业发展有限责任公司)

近距离煤层掘进工作面顶板控制

杨 钊

(贵州松河煤业发展有限责任公司)

松河西井为技改整合矿井，1121掘进工作面顶板较破碎，在掘进施工过程中,采取“锚索+锚索孔注浆+架棚”的支护工艺，并对爆破工艺及炮眼参数等进行了优化,使该巷道顶板得到了有效地控制。

爆破 采动破坏 顶板管理 联合支护

目前，我国大多数煤矿存在近距离煤层掘进，由于技术条件落后，大多以炮掘为主。在掘进过程中，由于爆破震动对顶板造成破坏，加之上部煤层开采后，采空区垮落，固结程度不高，用传统的锚网索支护很难起到悬吊或加固拱的作用，采取“锚索+锚索孔注浆+架棚”的主、被动支护工艺，不仅起到加固垮落岩石的作用，还将主动支护和被动支护进行了有效整合，对顶板有显著的控制效果。

1 工程概况及巷道掘进存在的问题

(1)邻近煤层开采情况。松河西井1121掘进工作面是该矿井技改整合后首个备采面,位于松河西井东翼12#煤层第一区段。煤层底板标高+1 520.4～+1 570.8 m,煤层倾角19°～23°；走向长约647 m,倾斜宽60～120 m,可采面积1 544.3 m2,地质储量12万t。上部10#煤层已经采空,10#～12#煤层平均层间距仅1.5 m，10#煤层采空垮落平均在1.2 m左右，其顶板破碎，易垮落。西部为1122、1102采空区,北部为煤层露头,东部以F34断层为矿区边界。

(2)顶板赋存情况。据附近钻孔揭露的地质资料,10#煤层顶板30 m段上部10 m为深灰色粉砂质泥岩，含动物化石，瓣鳃类，舌形贝等，时夹黑色泥岩；中部以粉砂岩、细砂岩为主，中厚层状，由上而下粒度逐渐变细，节理构造发育，夹薄层状菱铁帮，具微波状层理;下部10 m为深灰色泥质粉砂岩，松散破碎，含散晶状黄铁矿。根据岩样,煤层顶板泥岩抗压强度50.2 MPa,中砂岩抗压强度81.5 MPa。

(3)巷道掘进存在的问题。由于1121掘进工作面上方10#煤层已采空，且10#～12#煤层间距小，在初期开采后顶板矸石未作任何固结处理。因此，防止煤壁片帮、顶板漏矸、抽冒成为掘进施工管理中的关键。另外，掘进爆破对煤层顶板也造成一定的震动，增加了巷道冒顶的危险性。

2 近距离煤层顶板控制

1121掘进工作面顶板较破碎，易垮落，顶板维护困难,为此选用“锚索+锚索孔注浆+架棚”的支护工艺，同时从施工工艺上进行优化，最大限度地控制顶板，减少巷道变形。

(1)岔口支护。巷道交岔点处于应力集中带，井巷暴露面积较大，容易冒顶垮落。1121运输、回风巷在掘进前，预先施工5根长锚索对其进行锁扣，防止发生冒顶事故；在地质构造发育段，采用“锚索+注浆”的支护方式，在安装锚索的同时扩孔安装注浆管进行全锚索注浆。锚索长度8.2 m，直径21.6 mm，间距1 m。

(2)临时支护。对于1121顶板破碎以及上覆煤层层间距较近，且采空区垮落未形成比较稳定假顶的情况，若支护不当，将有矸石掉落，对作业人员生命安全造成极大的威胁。对此，在每循环结束后，将最靠近巷道迎头施工两支锚索，穿过铁管后排U型棚顶部后抵至迎头，再铺上钢筋网，将钢筋网固定在两支锚索上，作为临时支护。

(3)锚索+锚索孔注浆+U型棚支护。1121掘进工作面巷道受采动影响大，采用半圆拱形“锚索+锚索孔注浆+U型棚”支护，在安装锚索的同时扩孔安装注浆管，对锚索孔注泥浆，同时采用“多打眼,少装药，短进尺,弱扰动”的施工工艺，最大限度减轻对顶板破坏。 该支护方式可有效控制1121掘进工作面巷道顶板，遏制顶板事故的发生。各工序施工要求如下：①架棚支护[4],顶板采用架棚永久支护，U型钢棚规格为(净宽×净高)4 600 mm×3 200 mm，棚距0.6 m，施工中每循环进度0.6 m，每架U型钢棚用3根拉杆(顶一根，两帮各一根)固定相互间的棚子，同时在U型棚中间施工2根注浆锚索，间排距为1 800 mm×1 800 mm，注浆锚索不得滞后架棚支护10 m，待注浆体充分凝固后在对锚索进行拉力预紧；②巷道断面[3],根据巷道的围岩赋存情况，在满足通风、运输、行人要求下，采用半圆拱形断面，巷道净宽为4.6 m，净高为3.2 m;③锚索布置,锚索间排距为1 800 mm×1 800 mm，直径21.6 mm、长8 200 mm，外露长度100～250 mm,布置必须横成排、竖成行;④钢筋网,选用1 000 mm×2 000 mm 规格，最小格为100 mm×100 mm的钢筋网，搭接长度不得小于一格，有8#铁丝绑扎固定，防止大块矸石掉落;⑤注浆要求[1],砂浆的配合比为v(水泥)∶v(砂子)=1∶3，混凝土强度为C25，水泥选用普通硅酸盐水泥。

(4)注浆施工程序[2]：①先对锚索孔扩孔，用水冲洗，2 min后用压力风沿注浆管吹洗，排除孔内渗水，检查管道是否通畅及封堵装置的密封性；②连续缓慢灌注浆液，当回浆管(排气)返浆密度与进浆密度相同时方可结束；③注浆结束6 h后，要对二次回浆管进行补浆，如有渗水，要用灌浆机按固结灌浆要求灌注；④锚索注浆完成后进行锚索张拉紧固。

锚索注浆示意见图1。

图1 锚索注浆示意(单位：mm)

3 施工工艺优化

3.1 选择合适的炮眼布置

在1121掘进工作面巷道顶部留设一定距离的保护煤层，多打眼、少装药，减轻放炮震动对顶板的破坏。爆破孔布置如图2所示。

3.2 加强工艺管理

(1)当开掘巷道顶板岩体松软时,可在巷道顶部留设保护煤，放炮后用风镐挖出该部分煤炭，再及时架设永久支护。

(2)尽量减少掘进时的空顶面积，放炮前支架紧跟到迎头,放炮后及时架设临时支护，在其下进行永久支护。

图2 炮眼布置(单位：mm)

(3)顶板破碎易发生漏冒,在棚子中间加设1 000 mm×2 000 mm，100 mm×100 mm钢筋网，防止漏顶。

(4)在地质构造段缩短棚子间距，改为0.5 m，临时支护时必须派专人进行观看，且必须有副矿长跟班指挥作业，若有特殊情况，在采取可控措施后立即撤离至安全地点。

(5)对采空区作业地点气体进行取样分析，并安排救护队人员，防止一氧化碳等有毒气体溢出中毒。

4 结 语

(1)1121掘进工作面直接顶板为易碎矸,再向上为细砂岩或粉砂岩,节理比较发育,顶部岩石不稳定,掘进过程中要留设顶部保护煤层，保护顶板不被震动破坏。

(2)局部严重破碎带应根据具体情况降低巷道腰线，留设更多的保护煤层，该护顶煤可以根据具体情况最大留设至1 m，采用架棚段采区锚索孔注浆加固，可有效控制顶板。

(3)1121掘进工作面掘进施工过程中采取了“锚索+锚索孔注浆+架棚”联合支护技术,使巷道顶板得到了有效地控制,大大减少了局部冒顶次数,为该矿矿井安全生产创造了有利条件,也为顶板控制积累了宝贵经验。

[1] 煤炭科学研究院建井所注浆室编.煤矿注浆技术[M].北京：煤炭工业出版社,1978.

[2] 陈宇满.“索、喷、注”联合支护技术应用[J].中州煤炭，2012(10):73-74.

[3] 张兴东.井巷工程[M].北京：冶金工业出版社,2010.

[4] 邢福康.煤矿支护手册[M].北京：煤炭工业出版社,2009.

2014-12-01)

杨 钊(1987—)，男，工程师，553526 贵州省六盘水市盘县松河乡松林村。