复杂地质条件下掘进工作面顶板控制技术

张小强

(汾西矿业集团公司五人小组管理局，山西 介休 032000)

引言

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。我们基于现在的各种意外情况，运用相关的例子，对在复杂的条件下施工进行相关的研究，希望能够给世人相应的警醒，减少安全事故的发生。

一、煤矿生产的地质环境

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。因为巷道周围的岩石有很多的特点，比如它们的岩性相对于其他的岩性来说比较差一些，而巷道本身承受的压力大，地压相对大一些，所以用的棚支也比较特别。

二、巷道的冒顶原理及分析

其实在巷道开采以后，其周围的环境也会因为它的变化而变化。比如周围的岩层受到巷道开凿的影响，它原本的平衡将会被打破，周围的岩石就会发生相应的松动，这样巷道不稳定，会出现坍塌的危险，在这种情况下，我们就需要经常对巷道进行维护。在松动圈松动的程度和周围岩石相应的承受力还有周围岩石承受的强度之间有密切的关系。当岩石的性质相同时，周围岩石承受的力度越大，那么相应的松动圈松动的程度就会越大；而当周围岩石承受的压力相同时，周围岩石的强度越高，那么松动圈松动的程度就会越小。由此我们可以看出，当松动圈松动到一定程度时，那么它就无法提供相应的支护，那么整个巷道就会处于危险之中，同时有可能发生各种各样的安全事故。所以在巷道进行煤矿开采工作中，当进入煤层中时煤体强度不高，煤体应力和松动圈都会发生变化，变得比之前大。一旦煤体强度达不到支护基本要求时，巷道中很容易出现冒顶的安全事故。

三、施工工艺流程

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。

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。

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破碎带

我们非常熟悉的一种浆液——马离散化学浆液的凝固时间与其他浆液相比是非常短的，一般来说，最低要求是大于30min，60min后是凝固时间的极限了。破碎带附近的岩石通过“提前注浆液、骨架加固”方式加固以后，周围岩层的稳定性会大大加强。我们如果在此种情况下进行施工或者作业，就能够对巷道进行非常有效的控制，这样相应的风险就会大大降低，我们在复杂条件下施工的能力也会得到相应的提升。在工程结束后，因为前期工程做的比较好，后期的巷道的松软破碎带的修护工程也会打大大降低。

四、结语

众所周知，顶板控制对于煤矿生产的意义非同小可。面对复杂多变的地质条件时，该如何减少顶板事故的发生概率呢？这就需要做好对掘进工作面的顶板控制工作。通过预先探测围层状况，提前注入化学浆，以及在破碎带加固周围岩层稳定性等，对煤矿掘进工作面顶板进行有效控制，这便能大大提高开采煤矿的安全性，以及提高煤矿企业生产效益。