坚硬顶板综采工作面矿压治理技术及应用

坚硬顶板综采工作面矿压治理技术及应用

陈惟义 ,范磊 ,许伟

淮河能源控股集团煤业公司谢桥煤矿  安徽阜阳  236221

        摘要：针对坚硬顶板综采工作面初采期间矿压显现强烈、顶煤不易垮落、冒放性较差，以及回采期间小煤柱沿空巷道变形严重、维护困难的情况，通过采用初采前切眼和上出口深孔预裂爆破、小煤柱薄喷注和运输顺槽切顶卸压深孔预裂爆破等措施，使得工作面初采以及正常回采期间矿压显现显著减弱、巷道变形减小、两端头悬板能及时垮落，为本工作面及相邻工作面回采创造有利条件。现场实践表明该方法可以有效解决坚硬顶板综采工作面的矿压显现问题。

        关键词：坚硬顶板;综采工作面; 切顶卸压 ; 薄喷注

        1 11618综采工作面基本情况

        谢桥煤矿11618工作面为一水平东一8煤采区六阶段，因工作面设计变更，原13518工作面与11618工作面合并为11618工作面，该面东段已回采142m。工作面西起一水平东一B组采区系统巷道，东至Fzt6断层。北临的11518工作面、13418工作面已回采完毕。轨道顺槽煤层底板标高为-628.2～-680.2m，运输顺槽煤层底板标高为-679.3～-729.5m。该工作面直接顶大部分为砂岩直覆，砂岩厚4.4～16.7米，均厚8.8米。轨道顺槽为沿空掘巷，小煤柱5米宽，运顺为实体煤掘进。

        2 矿压治理方案

        2.1 强制放顶

       工作面支架安装之前，切眼内布置13钻孔，待安装完支架回采2~3刀煤后，再进行深孔爆破强制放顶，每个炮眼之间的距离为15m，开孔位置在切眼单轨吊梁偏煤壁0.3-0.4m处，1#孔在轨道顺槽，13#孔在下帮向上60m（40#钢带）处。炮眼开孔方向与切眼中线方向一致，并朝向下山方向。该方案的优点为能有效切断顶板，缩短初次来压步距。

强制放顶钻孔采用铁福来型钻机，钻孔直径为94mm，每孔安装Φ63mm煤矿瓦斯抽采水胶药柱30米（99公斤），连续装药，风动封孔机封堵孔口，水泥作为封堵钻孔材料，封孔长度15米。毫秒延期电雷管起爆。每个炮眼装同段2发雷管，采用串联爆破网路。采用封堵长度满足设计要求。切眼内强制放顶炮眼共计13个，工作面回采2～3刀后进行爆破，一次装药、一次起爆。

         2.2 沿空侧薄喷

11618轨道顺槽沿空侧煤柱由原先7米减少至5米，以往，谢桥煤矿沿空掘进巷道阶段煤柱多为7m，巷道多处于支承压力区，巷道变形严重。为有效避开支撑压力区，提高优质资源回收率，减少后期巷道修护工作量，将小煤柱宽度优化至5m，将巷道布置在减压区。但随之而来的是5m小煤柱自承力下降、漏风量增加存在发火风险隐患等安全问题。现场采用新型薄喷技术（韧性薄喷技术）。一定厚度具有较强抗压、抗拉和抗剪强度韧性薄喷涂层在巷道围岩表面形成一个密闭的“物理防护层”，能够阻止空气和水分对浅部围岩的风化侵蚀破坏、修复巷道围岩表面结构缺陷、将锚杆(索）等支护构件的“点线支护”转换成“面支护”，与锚杆形成的“浅部承载层”和锚索形成的“深部锚固层”组成稳定可靠的协同支护体系。

工艺流程主要有三个步骤：打水试泵、拌料和喷涂。

首先向搅拌仓内倒入适量的水，开启搅拌仓马达搅拌，然后开泵打水，观察出水、喷射效果。向搅拌仓内倒入25～26kg清水后慢速搅拌，同时加入75kg（3袋）粉料（水灰比1:3），边加边搅拌，加料时间控制在3min内，然后快速搅拌约2min，直到浆体混合均匀，颜色一致，稠度适当，有流动性。开泵打料，打开气阀引射、雾化浆体，喷涂距离为1～2m，一遍喷涂厚度为2～3mm。喷涂方式主要采用一字喷涂和螺旋喷涂。喷涂1遍后约30min左右时间，观察喷涂浆料的表干情况，表面不粘手，则可根据需要进行第2遍喷涂。

技术要求：帮部煤岩体稳定不片塌，喷厚不低于3mm；帮部煤岩体松软易片，喷厚4～5mm。喷滞后迎头不大于30m。喷涂均匀全覆盖，无裸露煤岩体。

2.3 运顺切顶卸压爆破

        考虑到控制台及以里设备管线较多，工作面初采初放结束后，在运输顺槽退尺点Y33起向顺槽入口方向使用液压钻机，施工切顶卸压钻孔。钻孔深35m，孔径94mm，仰角60°，装药量66公斤（药柱总长20m），封孔长度15m，钻孔走向间距5m。切顶卸压炮眼布置如图1所示。

图1切顶卸压炮眼置图

切顶卸压爆破孔采用铁福来型钻机，钻孔直径为94mm，每孔安装Φ63mm煤矿瓦斯抽采水胶药柱20米（66公斤），连续装药，风动封孔机封堵孔口，水泥作为封堵钻孔材料，封孔长度15米。毫秒延期电雷管起爆。每个炮眼装同段2发雷管，采用串联爆破网路。采用封堵长度满足设计要求。切顶卸压爆破孔每次爆破3-5个孔，一次装药、一次起爆。

        3 技术优势

        ①工作面实施预裂爆破强制放顶后，初次来压步距均值为28.2 m，与不进行强制放顶的初次来压步距52 m相比减小了23.8 m，强制放顶后工作面支架工作阻力均值为24.1MPa，相比于不进行强制放顶支架工作阻力均值的38.7 MPa减小了14.6 MPa。且在整个初采期间，强制放顶后顶板垮落基本充满采空区，顶板运动不剧烈。11618综采面在实施深孔预裂爆破强制放顶技术后，工作面初次来压强度明显降低，未出现工作面压架和飓风冲击事故。②韧性薄喷材料抗拉强度高、粘结性强、韧性大、防水性好，能有效控制巷道围岩变形，提高煤柱整体承载能力。该面上出口30m内巷道宽度4.0m，高度3.0m，巷道断面能动态保持在10m²以上，较传统7.0m煤柱帮部变形量减少1.0m，底鼓量减少0.8m，避免了刷帮卧底；回采期间取消煤柱注浆，每天减少作业人员4人；多回收煤炭资源3万余吨，增加经济效益2000万元。③运输顺槽实施切顶护巷后，切断顶板关键层，阻断压力传递路径，减轻本巷道支承压力影响，降低相邻块段掘进及回采期间的矿压显现。下端头顶板冒落及时,运顺超前支承压力影响范围由80m减少至50m，两帮位移量减少200mm，底鼓量减少300mm；同时也为下阶段掘进及回采创造有利条件。

        4 结语

        11618工作面通过采取切眼深孔预裂爆破、轨顺小煤柱薄喷及运顺切顶卸压爆破等措施，避免了采空区悬顶及悬顶所来带的顶板、瓦斯等问题，减轻小煤柱承载，提高小煤柱支承强度，减轻运顺变形量，很好的解决了工作面矿压治理问题，为工作面安全高效回采提供保障。

        参考文献：

        [1]徐庶泽.新集二矿211113综采面坚硬顶板深孔预裂爆破技术与实践[J].中国煤炭，2018,44(1)：116-121.