综采工作面煤壁片帮机理及控制技术

2022-01-15张敏

山东煤炭科技 2021年12期

张敏

（山西高平科兴龙顶山煤业有限公司，山西高平 048400）

综采工作面在回采过程中，煤壁失稳是常见的应力显现现象。煤壁失稳主要表现在煤壁片帮，煤壁片帮后不仅影响正常采煤机进刀割煤，影响刮板输送机稳定运输，而且煤壁片帮后端面空顶距加大，导致支架支护不及时，很容易出现顶板破碎垮落事故。传统综采工作面出现煤壁片帮现象时，主要采用及时移架、降低采煤机切割深度等措施，但是对于大面积片帮煤壁采用传统技术措施控制效果差，不利于综采工作面安全稳定生产。本文以龙顶山9101 工作面为例，对工作面片帮机理进行分析，并提出了合理有效的控制技术[1-5]。

1 概况

山西高平科兴龙顶山煤业有限公司9101 工作面位于+901 m 水平910 采区，北、南、西三面均为实体煤，以东为运输大巷。9101 工作面设计走向长度为2317 m，倾向长度为180 m，工作面回采煤层为9#煤层，煤层平均厚度为1.6 m，平均倾角为4°。煤层顶板多为泥岩、砂质泥岩，少量为细砂岩、铝土泥岩，底板多为泥岩、砂质泥岩，少量为细砂岩、粉砂岩。9101 工作面采用MG330/730-WD 型采煤机（滚筒截深为800 mm，滚筒直径为1400 mm）割煤，刮板输送机前移配合装运煤到桥式转载机、可伸缩皮带输送机运出。采煤机进刀方式为端头斜切进刀，进刀距离为20 m。

2 工作面回采现状及分析

2.1 回采现状

9101 工作面回采至447 m 处位于14#支架前方煤壁揭露F7 断层，断层落差为1.5 m，倾角为48°，断层与工作面煤壁夹角为51°，断层从14#支架向头部逐渐揭露，对工作面影响长度为44 m。

9101 工作面回采至450 m 处位于断层上盘处煤壁出现严重破碎现象，煤壁片帮严重。当工作面回采至458 m 时位于5#～14#支架前方煤壁最大片帮深度为2.3 m，片帮长度为6.0 m，片帮后煤壁成“滑坡”状，导致端面空顶距达2.4 m，且支架无法及时支护。

2.2 煤壁片帮机理

（1）9101 工作面受F7 断层影响破坏了原煤稳定结构，构造应力在断层裂隙处进行卸压释放，导致两盘煤体出现应力扩张破坏作用，两盘煤体裂隙发育且向煤体内部延伸，工作面在回采过程中在前方10～15 m 范围内产生超前应力区，超前应力对裂隙煤体产生向工作面方向垂直煤壁的水平剪应力破坏作用，从而导致煤壁片帮现象。

（2）工作面片帮后导致端面距加大，支架无法及时支护，顶板无法有效承载上覆岩体重力及回采应力，端面顶板承载能力降低，顶板垂直应力沿顶板向煤壁传递，造成煤壁产生垂直向下的剥离破坏作用，从而加剧了煤壁片帮力度。

（3）9101 工作面回采煤层厚度为3.6 m，工作面沿煤层底板进行回采，回采高度为3.5 m。受F7断层影响后，1#～14#支架前方煤体为断层上盘，煤体上移，工作面在回采上盘煤体时，受采煤机割煤扰动破坏作用，煤体成整体一次性片帮现象。

3 煤壁片帮控制技术

3.1 注浆加固

3.1.1 注浆加固机理

对断层附近带裂隙煤体高压注浆，注浆液在裂隙带内渗透，进行粘接凝固，对煤体裂隙进行有效的填充和粘接，对裂隙煤体进行二次重组，提高煤体整体稳定性。注浆后的凝固体具有足够的强度和韧性，保证了注浆后煤体具有高强度承载能力。

3.1.2 注浆材料选取

根据工作面煤壁破坏特征，决定采用双液注浆材料，注浆液采用硫铝酸盐水泥熟料、石膏、石灰混合注浆液，其中三种骨料配比为：1:1:7。为了保证混合注浆液具有足够的黏度、流动性以及缩短浆液凝固时间，需在注浆液中添加减水剂、增稠剂、缓凝剂等添加剂，添加比例分别为1.0%、0.9%、0.6%。

3.1.3 注浆工序

（1）注浆钻孔布置参数。工作面钻孔采用浅深孔迈步式布置方式。深孔布置在距顶板1.0 m 处，钻孔直径为45 mm，深为6.0 m，钻孔间距为3.0 m，钻孔以45°仰角布置。深孔主要对工作面顶板进行超前预注。浅孔布置在距顶板1.5 m 处煤壁上，钻孔深度为3.0 m，直径为45 mm，钻孔间距为3.0 m，仰角为30°。浅深孔交错成迈步式布置，如图1。

（2）注浆施工。注浆钻孔施工完后，对钻孔内安装注浆花管，埋入注浆软管，并对钻孔孔口处采用止浆塞封孔处理，注浆软管与ZBQS 双组分气动注浆泵连接进行注浆施工，注浆压力控制在1.5～2.0 MPa，注浆期间发现煤壁有浆液渗出时立即停止注浆。