采煤工作面回采过松软煤层带技术研究

师 帅

（汾西矿业正文煤业，山西 孝义 032300）

在断层、褶曲、陷落柱等地质构造影响导致煤层松软，从而给采煤工作面正常回采只来影响[1-2]。采煤工作面在回采至松软煤层带期间存在的典型问题即为煤壁片帮、顶板冒落等[3]。为此，众多的研究学者对采煤工作面过松软煤层带施工技术展开研究，并提出煤层及顶板预注浆、提升液压支架支护阻力、适当提高采面推进速度、支架顶梁铺设金属网等技术措施，现场取得一定的应用成果。文中对山西某矿51101 采煤工作面过松软煤层带为工程实例，对现场采取的煤炭回采技术进行研究。

1 工程概况

51101 工作面为11 号煤层首采工作面，采面走向、倾向长度分别为1 590 m、205 m，采面开采的11号煤层平均厚6.3 m，倾角5°，煤层赋存条件较好。51101 工作面采用综合机械化放顶工艺，采放比为1.0∶1.1。11 号直接顶为厚度3.6 m 砂质泥岩，基本顶为厚度5.9 m 粉砂岩，直接底为厚度2.6 m 砂质泥岩。

根据矿井超前物探探测成果以及回采巷道掘进揭露资料显示，51101 采煤工作面回采范围内对生产影响较为明显的地质构造包括有DF27 断层、DF28 断层以及X1 向斜，影响范围集中在采面推进至1 026～1 095 m，期间11 号煤层及顶底板岩层破碎，煤层松软。采面内地质构造见图1。

图1 采面内地质构造分布示意图

2 松软煤层带注浆加固技术

受DF27、DF28 断层以及X1 向斜综合影响，51101 采煤工作面在推进至1 026～1 095 m 区段内煤层松软、顶板岩层裂隙发育且破碎，采面回采至该区段时面临较大的冒顶、煤壁片帮等风险。为此，提出采用超前注浆方式对松软煤层以及破碎顶板进行加固，具体通过回采巷道、采面内进行超前注浆加固。

2.1 回采巷道超前注浆加固

2.1.1 加固钻孔布置

通过回采巷道掘进揭露显示，11 号松软煤层带主要集中在靠近运输巷侧，为此提出在运输巷内布置超前注浆钻孔对松软煤层带进行加固。具体加固范围集中在采面1 026～1 095 m 范围内，加固长度共计69 m。根据松软煤层带分布范围，将注浆加固钻孔长度分为25 m、45 m、50 m 三种，具体长度可根据注浆钻孔施工期间煤层返渣情况确定。所有注浆钻孔间距均设计为3.0 m，在巷道底板上方1.0 m 位置开孔，垂直巷道壁施工。具体注浆孔布置见图2。

图2 运输巷超前注浆孔布置图

2.1.2 注浆材料

注浆材料会直接影响松软煤层带加固效果，松软煤层带裂隙孔隙小，注浆浆液渗透难度大、扩散半径较小。为此，提出优先使用化学浆液进行注浆，在条件允许时可辅助采用水泥浆降低注浆加固成本。钻孔注浆压力控制在4～8 MPa，通过高压注浆提升松软煤体加固效果。注浆采用2TGZ-60 注浆泵，该注浆泵适应性较强，可满足采面超前注浆需要。

2.1.3 封孔

钻孔漏浆是导致超前注浆效果不佳的主要原因之一，由于注浆钻孔压力设计为4～8 MPa，注浆压力较高，对封孔质量以及封孔工艺提出更高要求。为避免注浆孔漏浆出现，对现有的两堵一注封孔工艺进行改进，具体采用封孔结构见图3 所示。注浆孔封孔长度为3 000 mm，采用的封孔材料包括有空口管（两节长度分别为3 000 mm、6 000 mm 无缝钢管，其中3 000 mm 无缝钢管用以封孔，6 000 mm 无缝钢管用以超前注浆）、麻绳，封孔材料选择使用马丽散。通过在注浆封孔端两侧分别布置麻绳，不仅简化封孔工艺而且可减少封孔用马丽散外溢量。

图3 注浆钻孔封孔结构图（mm）

2.2 采面内注浆、施工玻璃钢锚杆

在51101 采煤工作面回采至松软煤层带时，在采面内采用顶板铺设、煤壁注浆方式提高顶板及煤壁稳定性，必要时可通过煤壁补打玻璃钢锚杆进行加固。在采面回采推进至松软煤层带时，在支架顶梁上铺设柔性纤维网，通过网片支撑避免支架间出现漏矸问题，为采面安全回采创造良好条件。

采面煤壁注浆钻孔孔深均为6.0 m，布置在采面中部，钻孔间距均为1 750 mm，仰角15°，注浆浆液选择采用聚氨酯，注浆压力均为2～4 MPa。玻璃钢锚杆在煤壁上施工，每架支架前方施工2 根玻璃钢锚杆，1 根布置在支架前探梁间隙处且有15°～20°仰角；1 根布置在煤壁中部且垂直煤壁施工。施工的玻璃钢锚杆直径均为16 mm，长度1 500～3 000 mm 不等，具体长度需要根据现场煤壁稳定性情况确定，在玻璃钢锚杆间加挂W 钢带提高煤壁支护强度。

2.3 采面过松软煤层带管理措施

图4 采面内煤壁玻璃钢锚杆布置示意图

1）在51101 采煤工作面回采推进至松软煤层带时，随着采煤机割煤支架应及时伸出前探梁支撑煤壁；同时采用带压移架方式对顶板进行控制，避免煤壁受到较大压力而诱发片帮、顶板冒落问题。

2）在生产过程中应确定顶板平直，避免支架接顶不良或者完全脱顶问题发生。在液压支架升架时稳定供液3～5 s，确保液压支架实际工作阻力可达到额定工作阻力的80%以上

3）在过松软煤层带期间严格按照设计采高采煤、放煤，避免出现超高、超采情况，当出现煤壁片帮或者漏顶严重时，可适当降低开采。

4）强化采煤内煤炭开采设备管理，采煤机割煤质量，确保支架平直、底板平整，避免出现跳台、错台等问题；同时在过松软煤层带时可适当提高工作面推进速度，降低矿压对生产影响。

3 结语

在51101 采煤工作面回采范围内，在DF27、DF28 断层以及X1 向斜综合影响下，在采面推进至1 026～1 095 m 存在松软煤层带。采面在此范围内回采时面临较大的煤壁片帮、顶板冒落风险。为此，提出回采巷道超前注浆、采面煤壁注浆、强化设备管理等措施，确保采面过松软煤层带回采安全。51101 采煤工作面采用文中所述技术措施后，在松软煤层带内回采时，未出现煤壁片帮、顶板冒落等风险，采面可保持3.2 m/d 回采速度，实现了煤炭安全高效回采。