松软煤层大采高片帮冒顶防治技术

胡振华

(西山煤电集团杜儿坪矿，山西 太原 030022)

大采高是中厚煤层常用开采方法，当开采的煤层松软时，极易造成顶板冒落、煤壁片帮问题，给工作面正常生产造成不利影响[1～2]。对于煤壁片帮、顶板冒落防治措施主要包括有注浆加固、降低采高、施工锚杆、提升支架工作阻力以及及时伸出支架前挡板等措施[3～6]。文中以6303大采高工作面开采为背景，对引起采面煤壁片帮及冒顶因素进行分析，并对采取的防治措施进行分析(去掉)探讨，以期能为其他矿井片帮、冒顶防治工作开展提供一定借鉴。

1 工程概况

山西某矿开采的3号煤厚度在5.23m，倾角在8°，硬度值平均0.46。煤层裂隙发育，较为松软，具体回采工作面顶底板岩性图1。

图1 工作面顶底板岩性

6303采面开采3号煤层，可采长度为在880m、斜长在215m，回采工作面开采时超前支承压力影响范围为15～23m，压力峰值位于采面前方8～10m处，开采引起的破碎卸压带范围在3.5m左右，应力集中系数在1.7。回采工作面采用大采高采煤工艺，由于开采3号煤层松软，同时部分区域顶板破碎，极其容易在采面回采过程中出现大范围片帮及冒顶事故，制约采煤工作高效开展。

2 采面煤壁片帮原因分析

在3号煤层开采时受到煤层松软、顶板破碎等影响，回采工作面极其容易出现片帮问题，不仅制约煤炭开采效率而且给回采安全带来一定影响。采面片帮因素跟煤层地质赋存条件，煤炭开采方式等密切相关。

1)6303采面区域内地质构造复杂，发育有断层、褶曲以及其他隐伏构造影响，煤层内裂隙、节理发育。根据地质勘探，发现6303采面开采范围共揭露有8条断层，落差均在1.3～5.2m，在断层影响附近内煤岩体更为破碎；在距离采面回撤通道185m位置发育有X24陷落柱，短轴、长轴长分别为62m、25m。

2)3号煤层部分区段存在有伪顶，同时上覆顶板砂岩内有裂隙水，在水作用下顶板强度有所降低，直接弱化顶板砂质泥岩强度，更为容易引起煤壁片帮。

3)采面开采高度大，回采期间矿压显现明显，顶板及煤壁承受较大压力，加之煤层本身有松软层，软硬不均衡，更容易导致煤壁片帮。受到区域地质构造影响，采面开采有部分区域呈仰斜开采，局部仰角达到12°，采面回采后煤壁前倾，顶部煤层在自身重力作用下产生有(去掉)向采空区方向的分力，随仰采倾角增加煤壁稳定性降低。

4)采面由于停采等原因，造成推进速度缓慢，从而进一步导致矿压显现，煤壁受到的承载压力增加，导致裂隙扩展甚至片帮。

3 片帮冒顶防治技术

3.1 化学注浆加固

根据6303回采工作面开采情况，为了降低煤壁片帮、顶板冒落度对回采工作面生产造成影响，对煤壁进行注浆加固，从而提升煤体自身承载能力及稳定性。注浆加固分段进行，具体为：对于顶板破碎区域采用单排眼挑顶注浆加固方式固化顶板破碎岩层；对于煤层顶部片帮区域采取对破碎煤体均衡注浆提高煤体稳定性；对于劈裂滑移区域采用锚注方式提升煤壁稳定性。具体在顶部片帮区域注浆钻孔布置见图2。

针对回采工作面煤壁片帮、冒顶类型，设计不同的注浆加固方式，具体注浆孔布置参数见表1。

图2 顶部片帮区域注浆钻孔布置示意图

表1 注浆加固钻孔参数

注浆施工方案为：钻孔施工采用风动锚杆钻机，选用封孔器(长2.5m)进行封孔，采用高压进行注浆，选用的注浆材料为马丽散。为便于后续的施工，钻孔施工及注浆按照单双号间隔跳孔进行，具体钻孔注浆结束标准为：达到设计注浆压力后持续3min以上；虽然未达到钻孔注浆压力但是煤壁周边溢浆严重。

具体采用的注浆系统构成及施工工艺见图2。

图2 注浆系统构成及施工工艺

3.2 其他措施

在采面回采过程中，采用布置木锚杆方式增加对煤体的支护，同时改变采煤机的割煤方式，具体为采用双滚筒割煤，前部滚筒截割顶部煤层，后部滚筒截割底煤，避免出现悬挂煤体，从而改善煤壁受力状态。采煤机割煤完成后，及时伸出液压支架护帮板，防止采煤机割煤后出现顶板悬空问题。

在回采工作面开采过程中，当顶板有凹凸不平情况发生以及煤壁出现片帮等问题时，对顶板岩层进行二次支护，具体措施为在顶板出现“凹凸点”位置布置木垛或者施工锚索对顶板岩层进行控制，确保顶板不出现空顶。

对采面开采的3号煤层厚度变化情况进行检查，提前预测煤层厚度变化情况，严格控制液压支架支撑高度以及采面采高，避免出现采面超高显现。当采面层厚度突然增加，煤体松软时可以适当降低采面开采高度，避免煤层突然变厚而造成支架移动困难问题。

3.3 防治效果

在回采工作面制定的煤壁片帮及冒顶防治措施后并进行现场实施，对采面开采过程中的煤壁片帮、冒顶等情况进行监测，具体结果见图3。

图3 煤壁片帮监测结果

从图中看出，采取上述治理措施后，煤壁片帮、顶板冒落发生率显著降低，采面在后续开采过程中无顶板大面积冒落、煤壁大范围片帮等问题，采面开采环境得到较大改善。

4 总结

1)对6303大采高回采工作面煤壁片帮、顶板冒落影响因素进行分析，具体造成回采工作面出现大范围片帮、冒顶的因素为煤层本身结构松软、采面开采高度大、区域地质构造以及采动超前支承压力等。

2)根据6303大采高工作面具体地质条件提出采用煤壁片帮、顶板冒落防治技术，具体为煤壁注浆加固、采用木锚杆支护煤壁、改变采煤机割煤方式，当顶板不平时通过适当降低采面高度来控制顶板冒落。

3)采面煤壁片帮及冒顶防治方案现场应用发现：煤壁片帮、顶板冒落程度明显降低，表明文中提出的防治技术方案对片帮及冒顶治理有较好的抑制作用，可以确保6303大采高工作面开采安全。