综采工作面破碎带高冒区治理技术

郭 太

（同煤集团忻州窑矿，山西 大同 037021）

1 概况

忻州窑矿14-3#层东盘区位于忻州窑向斜东部，大致呈一单斜构造，煤层之上20～25m左右为12#层东二盘区采空区。根据现有地质资料及工作面两巷掘进情况，8312工作面共揭露5条断层。在两巷511m处同时出现断层，工作面内形成断层破碎带，2312巷从270～453m的范围顶板非常破碎，致使巷道顶板局部冒落超高。两巷断层参数见下表1。

采用常规架棚、支垛的破碎带高冒区处理方法，在遇到断层破碎带范围较大、高冒区顶板破碎的情况下，难以维护和充填，亟需采用有效方法进行治理。

2 破碎带高冒区支护技术

（1）锚梁支护是根据组合梁的理论设计的。在高冒区域施工时，顶板先采用加密锚杆、锚索、金属网支护，然后用锚索配合工字钢结合木垛的方法，使高冒区域空间内结合为一个整体，形成一个组合式假顶。其中锚索长度为7.3m，直径17.8mm；棚梁采用矿用11#工字钢，长度为4.9m，刹顶木为方木，长度为1.5m（图1）。

表1 两巷断层参数

（2）顶板在距两巷帮1.2m处分别施工两组马丽散孔，仰角50°，间距3m，孔深4.5m，孔径28mm，利用马丽散的粘结效果对顶板进行二次加固，提高顶板的完整性，见图2。

图1 锚梁木垛支护图（单位：mm）

图2 高冒区马丽散孔布置示意图

马丽散的特点是：

① 粘度低，能很好地渗入细小的裂缝中；

② 极好的粘合能力，易与煤（岩）体粘合，又能增加煤（岩）体的机械性能；

③ 提高煤（岩）体的机械阻力和支撑力；

④ 力学试验表明：松散岩体被马丽散充填后平均单向抗压强度为65.8MPa，塑性变形开始载荷值在150kN以上，平均凝聚力为10.2MPa。

3 破碎带高冒区充填技术

为防止破碎带高冒区内出现瓦斯等有害气体集聚的情况，必须对高冒区进行Fcc化学充填材料充填，Fcc是由甲乙两种成分组成的高分子树脂产品，混合后两种组分材料反应发泡生成多元网状致密胶体。具有高度的可压缩性和很好的机械性能，能与煤体发生较高的黏合。

（1）Fcc化学填充材料优点

Fcc化学材料充填到高冒区，浆液渗透到围岩的深部微细裂隙内，浆液材料凝胶后将松散、破碎的煤岩体胶结在一起，起到挤压充填、粘接补强的作用，且具有一定塑性变形能力，在提高煤层顶板整体强度的基础上，使得破碎、松散的顶板即使在超前支撑压力和动压的双重作用下，也不产生大的冒顶和煤壁片帮现象。

（2）Fcc化学填充材料操作工艺

① 注Fcc化学充填材料施工工艺：在冒顶区域施工吊梁，吊梁上放木料接顶后，吊梁下方密排架设0.4m棚距的工字钢棚，在棚梁上方采用旧皮带密排铺设。具体操作工艺：标孔（留下2～3个3cm左右的进料管，加上阀门）→检查钻孔质量→安装注浆管及封孔部件→封孔→准备浆液→开泵注浆→凝固→检查注浆质量→验收。

② 充分混合容器中的材料。把装置上的输液管与墙上的进料管连接，打开阀门，材料就会自动进入墙内，经过一段时间的反应，墙体内的空隙就被反应所生成的泡沫物填充满。

③ 充完后关掉阀门，等5min后，即可去掉进料管。

④ 在填充过程中，按技术要求一次性填充满，避免多次填充。

4 开采过破碎带高冒区安全措施

（1）超前支护：在高冒区前后30m处采用一梁三柱（DW-4.5m单体液压支柱）支护，所有单体要支设在棚梁下方并打紧打牢，用14#铁丝将单体柱头与棚梁固定，防止倒柱伤人。

（2）为防止过高冒区期间移架后采空区顶板垮落形成的裂隙导致支架顶梁及架前悬吊锚索失效引起木垛跨落，在棚梁下方沿巷道方向于1#、2#架前捆绑11#工字钢，工字钢的一头要架设于支架前探梁上，另一头用单体柱支设牢固，所用工字钢长为5m，见图3。

（3）液压单体柱升紧后锁具出现松动时要将棚梁锁具重新紧固。

（4）采煤机司机割通顺槽时，先将煤体底部割通，再逐渐缓慢升起滚筒扫顶，严禁将悬吊锚索和工字钢割坏，以防钢梁移位、木垛垮落失去支护作用。

（5）等端头架前梁挑住抬棚工字钢时才能回撤液压单体柱，严禁提前回撤。

图3 液压支架单体支柱组合抬棚

5 应用效果

通过采用三项治理高冒区的技术措施，消除了生产过程中的安全隐患，8312工作面顺利实现了安全推采，取得了较好的试验效果，创造了社会和经济效益。