复杂地质条件下掘进工作面顶板控制技术

李彦德

摘要：众所周知，在施工过程中容易出现各种各样的意外事故，施工现场的工人的生命安全也容易受到极大的威胁。其实造成这种情况的原因很多，比如对整个工程的构造情况不够了解，相应的安全保护措施不够到位，这就为各种意外情况的发生提供了可能。我们知道，如果在比较复杂的条件下进行施工和挖掘，那会承担非常大的风险，要有备选的方案以及相应的意外防范措施，并且需要有技术支持。

关键词：复杂地质条件;掘进工作面;顶板控制技术

1掘进工作面顶板管理的重要性

煤矿开采中，强化掘进工作面的顶板重审，可以为煤矿的安全生产创造条件。在井下掘进中，会受到外力的持续作用，围岩结构原有的平衡状态会受到影响，围岩结构原有的应力条件会有变化，在这种条件下，如果缺少相应的顶板，对巷道内的围岩结构加以支护处理，会引发多种安全问题的发生，引发人员伤亡以及财产的损失。

2煤矿井下掘进工作面顶板存在的影响因素

2.1地质因素

煤炭掘进过程的安全性会受到作业区域地质条件的影响。如果巷道掘进区域的地质条件较为不利时，巷道顶板原有的压力会发生改变，采掘安全会受到影响。比如，巷道掘进中如果碰到断层时，顶板会发生破碎，这种情况对于安全的影响较为严重;巷道上有老巷存在时，会发生片帮现象等，特别是在雨季后，会出现塌陷区，顶板管理的难度也会增加。

2.2管理措施

在煤炭的井下掘进开采作业中，安全管理措施发挥着重要作用，对于保证掘进工作面顶板的安全管理起着直接的影响。如果安全管理人员缺少安全意识，缺少风险识别能力，预防措施不到位，难以对顶板安全进行的有效管理，易发生安全事故。

2.3工艺与材料的影响

进入掘进时，采用工艺与支护材料会对工作面顶板的安全产生直接的影响。井下存在复杂的地质条件，在井下掘进时，支护方案的制定要结合实际情况全面分析论证，组织技术人员与安全管理人员选择出最符合掘进面实际的开采工艺，不能仅局限于节约成本和工时，科学的开采工艺是是保证安全生产的基础。

3煤矿生产的地质环境概况

某矿井76轨道下山倾斜长580m，倾角15°，巷道上段120m位于7煤层中底板8到12m，下段280m位于7煤层中顶板10到15m，中段穿越落差20m的DF229断层，巷道另穿越落差5m以上断层7条，巷道掘进从头到尾一共要做4次揭穿煤层的工作。7煤层厚1.62到4.50m这个范围，平均下来厚度大概2.9m;倾角是12～17°这个范围，平均倾角13°;从煤层来看，它的顶部大约是厚度为0～0。21m的泥岩，这种泥岩大多数颜色比较深，大概是黑色或者是黑色;与之相对的它的直接顶更厚，大概在6.27m～8.7m左右，但是这些直接顶的颜色特别浅，大部分是白色或者灰白色，基本都是粉砂岩，这种粉砂岩相较于其他岩来说它的纹理更为杂乱一些，结构比较稳定，颗粒中等。

4施工工艺流程

4.1超前探查围岩

为了能够预先了解巷道施工中围岩变化，达到“提前探测，全面了解围层”基本要求，需了解地质预报信息以及巷道围岩发生大幅度变化情况，同时在迎头顶部利用4.5m长风锤钻杆沿与巷道施工坡度向上20°的夹角向顶板打探查孔，从而查看巷道顶板围岩大致状况，预先了解巷道顶板岩性变化情况，根据准确的地质信息与相关资料，提出相应方案，应对煤矿生产问题。在巷道揭露松软破碎围岩4m前，要利用骨架加固巷道顶板的办法;在巷道揭露松软破碎围岩2m前，要做好提前注入化学浆固化巷道顶板的工作。

4.2提前注化学浆

面对松软破碎围岩，一般在巷道开挖后，围岩之间裂隙会加大，围岩强度会变低，这时围岩会发生片帮冒顶，造成松动压力。所以，在这种情况下，我们在巷道开挖时，需预先对顶板做好超前固化的工作，特别是要增强顶板的支护，要不然的话成拱难度大，顶板漏冒事件发生的概率也会因此而提高。

4.3注浆材料的选择

马丽散KS化学注浆材料是在充分利用法国技术，进行生产的新型高分子聚合产品。其实，马丽散本身是粘度低的，它是种粘度不高、双组分合成高分子一聚亚胺胶脂材料，主要适用于这些情况，比如能够使松散岩（煤）体得以加固，以及对出水口进行封闭。它粘合力极高，机械性能好，当与岩层作用时，有极高的粘合力，可以大大的加固与密封处理的地方，增强松散岩体的整体性，以及受力性。其主要特征是：粘度低，但可以有效的渗入细小的裂隙中;粘合能力非常好，极容易和松散岩体粘合，更可以提高岩体的机械性能。当凝固后柔韧性会变得很好，固化后的状态不收缩、不开裂，增加了岩（煤）体的机械阻力以及支撑力。在力学试验中证明，马丽散把松散岩体充填后平均下来的单向抗压强度会变高，是65.8MPa，塑性变形开始载荷值在150kN以上，平均凝聚力为103MPa

4.4注浆参数的选取

通过气动凿岩机钻孔，封孔器封孔，了解76轨道下山顶板岩性和局部冒顶范围的基础上，设定好迎头端面两肩窝距巷道中心1m、顶板以下0.3m各布置一直径42mm注浆孔。钻孔钎杆向上和巷道施工坡度呈20°的夹角状态，孔深4.5m，每个循环（进尺1.3m）注浆一次。利用ZBQS-8.4/12.5型气动注浆泵注浆。ZBQS-8.4/12.5型气动注浆泵，优势明显，它体积小、移动方便，能把注浆量、材料配比，以及注浆压力，调节到一个合理的范围。马丽散树脂与催化剂的配合比为体积1：1，每孔注浆量依据压力设定，设计终孔注浆压力至少得6MPa。当注浆压力极低，浆液扩散半径小，则预期注浆效果也会变差;与之相反，一旦液态浆承受的压力过高，则进展到注入浆水这个环节时，会极容易发生漏浆，造成安全事故，施工材料会大大受损。

5结束语

在地质条件比较复杂的情况下，根据以往经验，在施工的过程中对掘进工作面顶板的控制工作往往面临着很多难题。为了解决这一问题，本文在对掘进工作面进行分类的条件下，从多个角度进行了分析，通过分析可以知道，掘进工作面顶板的控制工作面临的问题主要来自过断层带巷道掘进、过薄基岩带巷道掘进、特近距离煤层下层煤巷道掘进和特大断面巷道掘进等多个方面，在掘进工作开展的时候，常常会出现巷道松软破碎围岩被揭露的问题，因此积极探索复杂地质条件下掘进工作面顶板控制技术非常重要。

参考文献：

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（作者单位：黑龙江龙煤集团鸡西矿业（集团）有限责任公司城山煤矿）