・９２・ 价值工程 松散厚煤层煤壁片帮漏顶控制技术的应用 Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｏａｌ Ｗａｌｌ ａｎｄ Ｒｏｏｆ Ｌｅａｋａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ Ｌｏｏｓｅ ａｎｄ Ｔｈｉｃｋ Ｃｏａｌ Ｓｅａｍ 赵德刚ＺＨＡＯ Ｄｅ－ｇａｎｇ （神华宁夏煤业集团公司安全监察局，银Ｊ』Ｉ ７５００１１） （Ｓｈｅｎｈｕａ Ｎｉｎｇｘｉａ Ｃｏａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏｍｐａｎｙ Ｓａｆｅｔｙ Ｓｕｐｅｒｖｉｓｉｏｎ Ｂｕｒｅａｕ，Ｙｉｎｃｈｕａｎ ７５００１ １，Ｃｈｉｎａ） 摘要：石炭井焦煤分公司是开采深度大的老矿井，隶属神华宁夏煤业集团公司，煤矿进入三水平的开采，主采４＃煤层平均煤厚 为５．６ｍ，平均倾角２３。。煤层节理发育，顶、底板裂隙发育，煤岩十分破碎，属于“三软”松散厚煤层，本文通过现场摸索和实践，在松散 厚煤层取得了很好的成效，对于今后此类工作面的开采，留下了宝贵的经验和一定的借鉴意义。 Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｈｉｔａｎｊｉｎｇ Ｃｏｋｉｎｇ Ｃｏａｌ Ｃｏｍｐａｎｙ ｉｓ ａｎ ｏｌｄ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ ｗｉｔｈ ｌａｒｇｅ ｍｉｎｉｎｇ ｄｅｐｔｈ，ｉａｎｄ ｉｔ ｉｓ ｔｈｅ ｍｅｍｂｅｒｓｈｉｐ ｏｆ Ｓｈｅｎｈｕａ Ｎｉｎｇｘｉａ Ｃｏａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏｍｐａｎｙ．Ｔｈｅ ｃｏａｌ ｍｉｎｅ ｉｓ ｉｎ ｔｈｅ ｔｈｒｅｅ ｌｅｖｅｌ ｏｆ ｍｉｎｉｎｇ．Ｔｈｅ ａｖｅｒａｇｅ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｏｆ ４｝≠ｃｏａｌ ｓｅａｍ ｉｓ ５．６ｍ ａｎｄ ｔｈｅ ａｖｅｒａｇｅ ａｎｇｌｅ ｉｓ ２３。．Ｔｈｅ ｃｏａｌ ｓｅａｍ ａｐｐｅａｒｓ ｊｏｉｎｔ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｗａｌｌ ａｎｄ ｒｏｏｆ ａｐｐｅａｒｓ ｃｒａｃｋ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ＳＯ ｃｏａｌ ｒｏｃｋ ｉｓ ｂｒｏｋｅｎ ａｎｄ ｂｅｌｏｎｇｓ ｔｏ ｔｈｅ”Ｔｈｒｅｅ Ｓｏｆｔ”ｌｏｏｓｅ ａｎｄ ｔｈｉｃｋ ｃｏａｌ ｓｅａｍ．Ｔｈｅ ｆｉｅｌｄ ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｒａｃｔｉｃｅ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｈａｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｖｅｒｙ ｇｏｏｄ ｒｅｓｕｌｔ ｉｎ ｌｏｏｓｅ ａｎｄ ｔｈｉｃｋ ｃｏａｌ ｓｅａｍ，ａｎｄ ｌｅｆｔ ａ ｖａｌｕａｂｌｅ ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ ａｎｄ ａ ｃｅｒｔａｉｎ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ ｗｏｒｋｉｎｇ ｆａｃｅ ｍｉｎｉｎｇ． 关键词：松散煤层；综放面；片帮漏顶；技术应用 Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｌｏｏｓｅ ｃｏａｌ ｓｅａｍ；ｆｕｌｌｙ ｍｅｃｈａｎｉｚｅｄ ｃａｖｉｎｇ ｆａｃｅ；ｃｏａｌ ｗａｌｌ ａｎｄ ｒｏｏｆ ｌｅａｋａｇｅ；ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｉ 中图分类号：ＴＤ８２３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００６—４３１ １（２０１４）３０—００９２—０２ Ｏ引言 随着我国煤炭事业的发展，国家和企业都对矿井的安 全高效提出了较高的要求。一些新的采煤技术不断得到应 用和推广，对“三软”松散厚煤层的开采困难也提出了一些 解决办法。甜煤层虽然开采自然条件差，但其资源储量 大。但煤体极松散，类似粉末状，几乎没有粘聚力，属典型 松散煤层，根据综放工作面回采工艺观测，通过开展研究、 实测，使松散厚煤层片帮冒顶等问题，得到了有效的控制， 该综放工作面顺利回采，实现了安全高效生产，为工作面 片帮冒顶严重问题积累了经验。 １松散厚煤层片帮漏顶原因解析 图１松散顶煤跨落及端面冒顶形式示意图 伸缩梁间的空隙最大达到３００ｍｍ，由于顶梁前方存在 ４２０ｍｍ端面距，支架顶梁无法完全封闭煤帮顶煤，导致大 ２４７４综放工作面是焦煤分公司４＃煤的开采面，顶煤 面积端冒和片帮。 端面片帮冒顶是制约工作面开机率不高的重要原因，其主 ２煤壁片帮控制技术 要形式如图１所示。其特征是基本发生在支架梁端，呈圆 松散煤体煤壁发生剪切破坏，为防止煤壁片帮冒顶的 弧状。 主要途径是：及时支护、减小煤壁压力、改变煤体性质、提 经分析可知，２４７４综放面端部漏项片帮的主要原 高煤体抗剪强度、化学注浆加固等措施。 因有： ２．１减小煤壁压力对于松散煤层放顶煤工作面开 １。１对于软煤层而言，在煤体自重及顶板压力作用 采，合理的支架工作阻力既要能够抵抗住顶板来压，又要 下，在煤壁内会产生横向的拉应力，但是软煤层的横向及 能够缓解煤壁压力，减缓甚至消除煤壁片帮和端面漏冒。 蠕动变形会释放和缓解由于压缩而产生剪切滑动破坏。现 根据矿压观测结果分析可知，绝大部分支架的工作阻 场观察冒落顶煤呈粉末状，煤层结构松散，节理裂隙发育， 力低于４０００ｋＮ，所用ＺＦ６０００／１７／３０型液压支架工作阻力 端面顶煤发生剪切破坏。根据４＃煤层物理力学实验实测 有较大的富裕系数，从减缓煤壁压力、防止煤壁片帮冒顶 结果，煤体普氏系数仅１．１０。 的角度出发，该支架选型还是比较合理的，但必须加强初 １＿２松散的顶煤体易向采空区侧滑落，抽空综放面支 撑力管理，提高初撑力。 架上方的项煤，加上放顶煤的共同作用，会造成切顶线前 ２－２煤层注水强化顶煤稳定性为了强化煤体稳定 移，顶板支承压力加大，从而加剧项煤体松动破碎，诱发煤 性，改善开采条件，设计采用长孔注水与浅孔注水相结合 壁片帮。顶板管理难度同时加大。 的方法。 １．３在超前压力的作用下，顶煤已发生塑性破坏，导 研究发现，合理的煤层注水不仅有助于降尘，也可使 致破坏顶煤自梁端和伸缩梁间的空隙泄露。相邻液压支架 顶煤形成一定厚度的粘结层，延缓煤壁片帮冒顶。根据煤 作者简介：赵德刚（１９７３一），男，山东潍坊人，助理工程师，研究方 层组成分析，其结构复杂，稳定泥岩夹矸，遇水黏度增加，向为煤矿安全生产。 易胶结，使矿物质与煤体在吸收大量水分后，在矿山压力 Ｖａｌｕｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ・９３・ 和超前支承压力的作用下，形成不易脱落的顶板再生层。 ２．３长孔注水强化煤体技术现有煤层注水参数和工 艺多依靠经验获得，实际应用效果不理想。针对现有煤层 注水遇到的问题，应用理论分析和现场实测，对注水参数 和工艺进行改进优化。 ①工作面开采初期采用工程类比方法，确定了如下参 数和工艺：在风巷沿巷道的下帮布置单排注水钻孔，钻孔 间距１０ｍ，孔径７５ｍｍ，设计孔深７０ｍ，实际孔深平均４０ｍ， 煤层倾角２８。，根据施工经验偏斜角按３ｏ考虑，钻孔设计 倾角２５。，开孔离底板高度１．５ｍ，终孔达到顶板层位。钻孔 仰角加大，不小于４５。；同时，根据现场注水效果，增加注 水孔数量。 浅孔注水，使用两台煤钻，注水安排在工作面检修期 间进行，采用自制橡胶封孔器封孔。．使用ＢＲＷ４００／２５／３１．５ 乳化液泵供水，压力一般放在３．５ＭＰａ。 ２．４煤体化学加固技术在采煤工作面实施煤体化学 加固，要求选用的化学加固材料施工毒性小、环境污染小、 价格低、易于操作，渗透性好、贮存期长、加固效果好：采用 的施工机具要重量轻、体积小，操作方便，易于清洗：所选 用的工艺能够与开采平行作业。在使用中将浆液分为化学 方位平行于切眼，由于钻杆在自重作用下具有自然下垂的 趋势，大倾角煤层钻孔施工应充分考虑钻孔的偏斜，采用 ｑｂ５Ｏｍｍ钢管、赛瑞封孔材料封孔，封孔长度８ｍ，使用 ｚＤＹ—ｌ５ｏ０液压钻机施工，ｑｂ６８ｍｍ圆钻杆，排粉方式采用 水排。采用ＢＲＷ８０／２０乳化液泵供水，设定压力不低于 ６ＭＰａ。回风巷铺设１趟＋５１ｍｍ注水钢管通过截止阀及三 通与封孔钢管连接进行注水。以煤壁淋水为最终结束注水 标准。 ②长孔注水参数优化。钻孔布置，优化和合理确定钻 孔间距。通过测试考察三个钻孔，相邻钻孔间布置７个取 样孔，在钻孔注水２４小时后对考察孔进行取样分析。原设 计注水孔间距ｌＯｍ明显偏大，存在较大范围的注水空白 带，因此注水孔间距调整为５ｍ。 注水压力分阶段选择。由长孔高压注水机理可知，在 煤层长孔注水的初期是以压裂为主，后期以湿润和黏结为 主。初期注水压力应不低于ＩＯＭＰａ，考虑到管路压力损失， 注水泵压力设定为１１ＭＰａ。注水后期主要是湿润和提高黏 结性为主。后期注水压力设定为６ＭＰａ，考虑到管路压力损 失，注水泵压力设定为７ＭＰａ。 钻孔施工机具更换，提高长孔施工深度。煤层注水钻 孔深度取决于工作面长度、煤层透水性及钻孔方向。钻孔 深度应不小于工作面斜长的２．／３，工作面斜长１１５ｍ，钻孔 深度应至少达到７５ｍ，要采用三棱钻杆施工，增加煤粉排 泄空间。在钻杆转动过程中，六条棱将颗粒进行再次粉碎， 更容易排出。 煤层注水添加增强剂，增强水的渗透能力。为了提高 水的渗透能力，在注水泵箱里添加化学配方药剂与水混 合，药液浓度达到０．２～０．５％，通过加压泵对煤体进行注水， 扩大水在煤层中的湿润半径，缩短煤层注水时间，有效改 善注水效果，提高煤体的粘结强度，同时降低采场的煤尘 浓度。 ③浅孔注水强化煤体技术。浅孔注水应为临时注水， 主要为加强煤层局部注水效果，要高度重视和认真对待， 必定取得一定好的效果。 钻孔布置，钻孔设置在煤壁侧，根据底板坡度、构造发 育和现场注水后的效果测定分析，水压２．５ＭＰａ时，水的扩 散半径１．５～２．５ｍ：当水压３．５ＭＰａ时，水的扩散半径２．０～ ３．５ｍ。因此注水孔间距选定３ｍ，即每隔１架布置１个注水 钻孔。沿工作面切眼全长距顶梁下沿０．５ｍ处单排眼布置， 同时上仰一定角度，新孔与老孔间隔不少于１．０ｍ。根据煤 层厚度决定注水压力和时间，当煤厚超５．５ｍ时，注水钻孔 浆料和水泥浆料两类。 ①马丽散一化学注浆加固技术。经综合对比分析，选 择马丽散化学注浆材料，其最大的优点是能够发生膨胀， 产生浆液在裂隙中的二次渗透压力，不仅依靠泵压作用的 浓度压力差进行渗透，而且依靠材料本身的膨胀特性产生 二次渗透，向四周扩散。在煤体松散的煤帮可以采用超强 加固。 ②水泥浆类一岩土固结加固技术。水泥粘土类浆液是 指在单浆液水泥浆液内渗入粘土增加浆液的亲水性来提 高浆液的稳定性的一种技术。粘土的粒径一般极小，而比 表面积较大，遇水具有胶体化学特性。由于粘土的分散性 高，亲水性好，因而浆液的沉淀析水性较小，稳定性大大 提高。 ３松散厚煤层工作面片帮控制技术小结 ①２４７４工作面片帮冒顶的特征是基本位于支架梁 端，呈圆弧状，其根本原因是４＃煤体极松散，类似粉末状， 空顶面积和空顶时间极短，支架项梁无法完全封闭顶煤， 其破坏机理属剪切破坏。 ②防治松散煤体煤壁片帮冒顶的主要途径是：及时支 护、减小煤壁压力，改变煤体性质，提高煤体抗剪强度，化 学注浆加固等措施。 ③为了提高钳煤层松散项煤整体稳定性，防治煤壁 片帮，创新提出了采用长孔与短孔注水相结合的方法对煤 体进行改变煤体脆性问题。 ④通过理论分析和现场实测对注水参数和工艺进行 了优化，确定了合理的湿润半径和注水压力，同时又改善 了施工机具，应用压风作用冷却和冲洗介质，分阶段选择 注水压力。 ⑤为增加水的渗透能力，提出添加煤层注水增强剂， 有效改善注水效果，降低采煤作业场所的煤尘浓度，提高 煤体的粘结强度。 ⑥结合４＃煤层的强度低，裂隙发育的结构特点和工 作面矿压显现特征，提出了采用马丽散一化学注浆加固技 术控制特殊地段片帮冒顶的技术方案，设计了具体工艺流 程和实施方法，保证了工作面顺利回采。 参考文献： ． ［１］刘顺章．煤层深孔动压注水技术在三软煤层综放面的应用 【Ｊｌ＿煤炭技术，２００５（１０）． ［２】臧明甫，汪大全，刘保华．采面煤层动压注水处理瓦斯的效 果分析［Ｊ】．矿业安全与环保，２００１（Ｓ１）． 『３１＿Ｔ＿志鹏，姚威，魏建平．大倾角软煤层综采工作面防片帮技 术【ＪＩ．煤炭科学技术，２００９（０５）．
