掘进工作面过顶板破碎带支护方式研究

程光鹏

（山西汾西正善煤业有限责任公司，山西 孝义 032300）

0 引言

采煤期间的相关技术措施应用和执行不规范等都是煤矿工业安全运行的一个关键隐患。在煤矿开采期间，掘进工作面破碎带时顶板支护是煤炭开采期间的一项重要和基础性工作。随着煤矿开采技术快速发展，加强掘进工作面破碎带支护是保证煤矿开采作业顺利进行的关键。因此，要从影响煤矿开采中安全影响因素入手，做好分析，坚持安全第一原则，做好支护工作，保证后续开采作业能够稳定进行，减少事故发生。

1 掘进工作面顶板破碎事故危害与引起事故的原因

1.1 事故危害

掘进工作顶板破碎事故危害主要体现在以下方面：）局部片帮、冒顶事故，会导致煤矿开采中采用的设备受损，或者煤矿开采中的工作人员发生伤亡[1]。大面积冒顶事故的发生会形成大量飓风，情况严重时会导致工作面出现推垮工作面情况，导致人员发生伤亡。

1.2 引起事故的原因

引起掘进工作面顶板破碎带事故原因主要体现在以下几个方面：

1）未探测好地质情况，地质条件在煤矿开采期间，地质条件会发生改变，没有精准进行预报。

2）没有做好支护设计作业，整体设计存在缺陷，支护不合理。

3）未严格依据煤矿工程具体情况进行规程编制，整体编制不够详细，与实际情况不符。

4）针对破碎带没有采取补强支护方式处理。

5）支护质量未达到预期，或者出现失效情况。

6）顶板出现破碎情况。

7）掘进工作面一旦发生突遇构造，未及时采取针对性措施处理。

2 工程概况

某矿1310 工作面回风巷位于1310 工作面回西部位置，西临1309 回采工作面，东临1309 高抽巷，北面与1310 工作面切眼相连接，南面与采区集中胶带巷相连接，整体长度约为1 168.8 m。

1310 回风巷沿着4#煤层底板开展掘进作业，这个断面是一个长4.8 m，宽3.6 m 的矩形。煤层直接顶厚度约为5.24 m，主要为灰色砂质泥岩；老顶厚度约为8.82 m，为灰-深灰色细粒砂岩；老底厚度约为2.31 m，为深灰粉砂岩；直接低厚度约为2.18 m，为深灰色炭质泥岩，通过对整个岩体结构进行分析可以发现，整体岩体结构相对较为稳定。

2019 年5 月10 号，矿方依据采掘衔接计划，开展1310 回风巷掘进作业。在这一施工作业开展期间，1309 回采作业面推进到距停采线之间的距离长度约为152.5 m，与二采区集中胶带巷之间距离长度约为209.5 m。

3 支护施工技术方案分析

在煤矿开采期间，对于1310 回风巷施工开展时遇到的各种特殊情况，针对遇到的情况进行探讨与分析，最终决定将1310 回风巷分为破碎带和正常区域两个部分，其中破碎带位于整个区域的北部，长度约为519.8 m，正常区域则位于北部，长度约为548.5 m，为了确保整个煤矿开采作业能够顺利进行，避免发生安全事故，针对不同区域要制定不同类型的支护技术方案，整体施工开展要严格依据制定好的方案进行。

3.1 正常区域段采取的支护方案

正常区域段支护作业参照相邻作业面的支护参数开展，具体支护开展时需要注意的内容如下：

3.1.1 两帮支护

采取2.2 cm×200 cm 高强度螺纹钢锚杆，实际布置时，为了确保采用的高强度螺纹钢锚杆能够发挥出支护效果，每排布置5 根，对于现场中的锚杆要配置尼龙尼组球形垫和垫圈，同时，利用树脂锚固剂对端部进行加固处理，对于采用的锚杆，预紧力矩要控制在310～350 N·m 之间，而锚杆锚固力需要控制在100 kN以上[2]。工作人员靠1309 运巷侧巷帮搭设了两根单体锚索，间排距为170 cm×180 cm，配套采用28 cm×28 cm×1.5 cm 拱形钢托盘，要控制好拱高，具体高度不得超过5.5 cm，采用锚固剂做好固定作用，保证锚索预紧力始终都保持在210 kN 以上，同时，为了使锚索预紧力损失情况能够得到弥补，具体设计时，应当不低于290 kN。

3.1.2 顶板支护

每排都采取2.0 cm×230 cm 高强度螺栓钢锚杆5 根，间排距为88 cm×88 cm，为了确保锚杆作用能够得到合理发挥，要与尼龙尼阻球形垫及垫圈配套应用，利用树脂锚固剂加长锚固，针对每根锚杆都采用树脂锚固剂，通过圆钢焊制和铺设金属网方式在作业现场制作一个钢筋梯子梁，锚杆预紧力需要控制在310～350 N·m 之间。锚索预紧力的设计与两帮设计标准相一致。

3.2 破碎区域支护方案

通过技术对比分析，结合经验数据，在煤矿开采作业进行时，针对顶板破碎区域，加强支护作业可以采取下列方式进行：

1）以原有巷道支护为基础，通过对钢槽锚索、锚网进行应用，通过加密方式，完成支护，从而提高破碎区域稳定性，避免发生安全事故[3]。

2）进入顶板破碎带区域后，为了提高支护整体稳定性，要对槽钢锚索方式进行适当改变，采取排槽钢方式，通过这一方式，提高顶板稳定性。

3）针对现场具体情况进行全面分析，依据现场情况加以调整，在与巷道具体走向保持平行，搭设顺巷槽钢锚索[4]。

4）巷道顶板破碎带将会致使顶板锚杆预紧力无法达到事先设计好的数值，针对这一现象，可以在锚杆附近补打一个长度为4.2 m 的单体锚杆，通过对其进行应用，能够实现对巷道的加强支护，提高其稳定性。

5）通过对巷道情况进行分析可以发现，巷道压力显现十分显著，巷道顶板发生了较为严重破碎情况，这将会致使部分锚杆在应用时发生失效，具体情况要通过现场具体情况进行充分评论而定，在采取原支护基础上，通过架设π 型钢梁棚支护[5]。

6）受1310 工作面断层区域地质条件因素影响，巷道顶板破碎将会提高顶板控制难度加大，针对断层前后12 m 范围内，通过超前预注浆、后支护等方式，提高巷道在煤矿开采时的稳定性，使巷道承压强度能够得到进一步提高，达到加固松软破碎围岩目的。

7）通过注浆方式对顶板进行控制，工作人员要对现场具体情况进行全面分析，依据现场情况开展密集穿管作业，实现对巷道顶板的有效控制。

3.3 注入马丽散

针对1310 工作面情况，针对部分区域出现的破碎带，可以通过注入马丽散方式，保证顶板稳定。马丽散是一种具有加强机械性能和粘合力较强的聚亚胶脂产品，将其注入地层后，能够在几秒之内保持液体状态，渗入细小裂缝中，马丽散灌入后，能够快速发生黏结与膨胀，实现对周围岩体松动圈的加固，形成一个整体，从而使围岩整体承载力得到进一步提高，避免巷道顶板发生垮落现象，做好相应控制作业。实际作业开展时做法如下：在巷道迎头沿支架梁煤体内一共布置了5 个注孔，孔间距要控制在100 cm 以内。注入马丽散施工工艺具体流程：打孔、埋设注浆管、安装封口器、采用胶管连接注射枪和注浆泵、将两根吸管插入装有树脂和催化剂桶内、开展注浆、冲洗设备、停泵、完成注浆。在开展打眼作业时，为了确保后续施工能够顺利进行，保证顶板稳定，孔眼直径大小为4.0 cm，孔深为820 cm。具体注浆作业开展时，每孔注浆量要按照依据注浆压力进行明确，控制好注浆压力，注浆压力要控制在6～8 MPa 之间，或者发生大面积漏浆现象时，要停止注浆，或者换一个孔开展注浆作业，具体注浆时，要由上向下开展[6]。除此之外，在煤矿开采期间，例如采煤冒顶、片帮等相似状况，也可以采取注入马丽散方式治理。

4 结语

通过对该矿的1310 回风巷掘进工作面过顶板破碎带情况进行分析，最终决定采取量和支护方式+局部注入马丽散方式处理，保证经过处理后的顶板破碎带效果良好，确保底板下沉量不会超过32 cm，而两帮移近也可以控制在48 cm 以内。针对其他地质相似的煤矿掘进工作面，可以对这一支护方式进行应用与推广。