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382020 年第 6 期 综采工作面过应力破碎区安全技术措施 温伟翔 （潞安古城煤矿建设管理处，山西 长治 047105） 摘 要 N1305 工作面在回采工程中顶板破碎，导致工作面支架工作阻力不足，煤壁片帮严重，制约着工作面安全快速 回采。 通过分析工作面顶板破碎原因， 提出了注浆加固技术， 采取了合理有效的安全管理措施， 实现了工作面快速过破碎区。 关键词 综采 破碎 加固 安全 中图分类号 TD327.2 文献标识码 B doi10.3969/j.issn.1005-2801.2020.06.014 Technical Measures on Safety in Over Stress Crushing Area in Fully Mechanized Working Face Wen Wei-xiang （Luan Gucheng Coal Mine Construction Management Office, Shanxi Changzhi 047105） Abstract The roof of N1305 working face is broken in the mining engineering, which leads to the insufficient working resistance of the working face support and the serious wall spalling, which restricts the safe and rapid mining of the working face. Based on the analysis of the reasons for the broken roof of the working face, the grouting reinforcement technology is put forward, reasonable and effective safety management measures are taken, and the fast passing through the broken area of the working face is realized. Key words Fully mechanized mining broken reinforcement safety 收稿日期 2019-12-25 作者简介 温伟翔（1990-），男，山西省长治市潞州区人，毕 业于中国矿业大学安全工程专业，本科，助理工程师，现就职于 潞安古城煤矿矿建部，从事煤矿安全生产管理工作。 1 概况 潞安古城煤矿 N1305 工作面位于井田东翼，北 部为 N1305 工作面，东部为实体煤，南部为 N1305 工作面，西部为东翼大巷。 N1305 工作面设计走向长度为 1339m，倾向 长度为 187m。工作面回采煤层为石炭系 3煤层， 平均厚度为 6.32m，平均倾角为 3，煤层中含泥 岩、炭质泥岩夹矸 02 层。3煤层无伪顶，直接 顶主要以泥岩为主，平均厚度为 3.44m，基本顶主 要以砂质泥岩、粉砂岩混合岩层为主，平均厚度为 11.5m，基本底主要以细粉砂岩为主，平均厚度为 5.78m。工作面采用低位放顶煤回采工艺，机械采 煤高度为 3.5m，放煤高度为 2.82m。 N1305 工作面回采至 515m 处，位于 4253 支架之间顶板出现破碎现象，顶板稳定性差，导 致支架出现工作阻力不足现象，工作面推进速度 不足 3.8m/d。 2 工作面顶板破碎机理 （1）断层破坏煤体。根据工作面钻孔资料显 示，N1305 工作面 524m 处有一条 F6 正断层。断层 从 40支架向尾方向依次揭露，断层落差为 1.2m， 倾角为 54。受断层影响工作面煤体稳定性遭到破 坏，导致断层上下盘处煤体胶结稳定性差，呈破碎 状态。 （2）煤体稳定性差。N1305 工作面回采的 3 煤层稳定性相对较差，煤体普氏系数 f1.5m，硬度 低。受采动以及构造应力影响顶煤破坏严重，无法 形成完整、稳定的承载梁，导致工作面过断层破碎 带期间，顶煤出现断裂、破碎现象。 （3）回采速度快。N1305 工作面回采速度快， 平均 9.8m/d，造成工作面采空区垮落不及时，集中 应力不能快速前移，造成支架顶梁上方出现短暂应 力集中区，顶煤应力破坏严重，出现破碎现象。 3 安全回采技术措施 3.1 注浆加固技术 （1）注浆加固技术原理。工作面在回采过程 中破坏了煤岩体物理力学性质，导致煤岩体破碎。 通过对破碎煤岩体高压注入粘接材料，对煤岩体裂 392020 年第 6 期 隙带、碎块进行粘接、封堵，从而提高破碎煤岩体 稳定性，降低应力对其破坏作用。 （2）注浆材料。通过对破碎区域施工窥视孔观 察发现，应力区顶板局部区域相对破碎，所以仅采 用化学材料加固效果相对较差，决定采用快速水泥 及聚氨酯联合注浆。注浆水泥采用 PI62.5 型号的水 泥，水泥砂浆配比为水泥∶细沙∶速凝剂为 110.5。 （3）注浆设备。采用 ZKSJ200 砂浆注浆机以 及 SMFB1.2/45 型气动注浆泵进行联合注浆施工。 （4）注浆工艺。① 采用浅、深孔联合注浆施 工工艺。浅孔主要是对工作面端面顶板进行快速加 固，深孔主要是对工作超前应力区顶板进行超前 加固。② 浅孔施工在端面破碎顶板处，浅孔深度 为 3.0m，钻孔直径为 40mm，钻孔与顶板夹角为 60，钻孔间距为 3.0m，排距为 4.0m，如图 1 所示。 ③ 深孔施工在工作面煤壁处，距顶板间距为 1.0m， 钻孔直径为 50mm，深度为 6.0m，钻孔与顶板夹角 为 45，钻孔间距为 3.0m，排距为 5.0m。④ 钻孔 施工完后分别采用砂浆泵及气动注浆泵对钻孔依次 注入水泥砂浆及聚氨酯粘合剂。水泥砂浆注浆压力 为 3.0MPa，聚氨酯注浆压力为 1.2MPa。 图 1 N1305 工作面顶板破碎区注浆钻孔布置示意图 3.2 安全管理措施 （1）为了防止采煤机一次性割煤时出现顶板局 部垮落，在过应力破碎区决定采用分层松动爆破施 工工艺。先进行下分层爆破，再进行上分层爆破， 每次爆破长度为10m， 爆破后及时超前移架支护顶板。 （2）工作面破碎顶板采取注浆加固 23h 后再 继续回采，在过应力破碎区时应降低回采深度，回 采深度控制在 0.5m 范围内，采用分段移架工艺， 缩短破碎顶板暴露时间。 （3）工作面过破碎区期间，为了防止液压支 架顶梁与注浆加固顶板产生剪切破坏，在破碎区域 支架可采用搭梁法进行移架，每两架支架顶梁上铺 设 5 根长度为 3.5m 工字钢梁，钢梁间距为 1.5m。 （4）工作面在过破碎区域期间，若煤壁片帮 严重或端面顶板下沉严重，可在破碎区域顶板施工 超前锚杆或钢针支护，移架时支架紧贴超前支护体 带压擦顶移架，防止集中应力对工作面顶板超前破 坏作用。 （5）每个循环回采结束后，应及时调整工作 面伪斜，保证工作面“三直两平”，严禁顶板有坡 度变化、底板留底煤。回采期间若出现煤壁片帮时， 必须补打玻璃钢锚杆进行煤壁临时维护。 （6）工作面在回采过程中，若出现局部冒落 现象时，应施工人工假顶进行维护，防止冒落顶板 范围进一步扩大。 4 效果 截至 2019 年 6 月 25 日，N1305 工作面已回采 至 570m，完全通过了应力破碎区，过破碎区总长 度为 55m。通过对应力破碎区采取注浆加固技术后， 破碎区煤岩体稳定性得到了有效提升，煤岩体单向 抗压强度由 13MPa 提高至 48MPa，工作面端面顶 板能够形成相对稳定的承载梁，防止了顶板破碎、 煤壁片帮现象。在过破碎区期间，工作面最大端面 距控制在 0.4m 以下，顶板未出现严重破碎现象。 工作面回采至 524m 处时由于受断层影响，在 47 支架前方出现冒落区域，冒落高度为 1.3m，但采取 施工人工假顶、超前支护等安全管理技术措施后， 冒落现象得到控制。工作面过破碎区平均回采速度 为 6.2m/d，取得了较好成效。 【参考书目】 ［1］ 武颜璋 . 综采工作面过顶板破碎带支护技术实践 [J]. 能源与节能，2019（01）161-163. ［2］ 王国威 .28406 综采工作面顶板破碎带冒顶原因分 析及防治 [J]. 江西煤炭科技，2018（03）140- 142. ［3］ 崔瑞军 . 综采工作面导硐法过顶板破碎带工程实 践研究 [J]. 山东煤炭科技，2016（05）43-44. ［4］ 郭胜 . 综采工作面顶板破碎带煤壁插钢梁支护技 术探讨 [J]. 中国煤炭，2010（S1）20-21. ［5］ 万清生 . 综采工作面顶板破碎煤壁片帮原因分析 [J]. 中国矿业，2006（12）64-65.