復(fù)雜地質(zhì)條件下掘進(jìn)工作面頂板控制技術(shù)

李彥德

摘要：眾所周知，在施工過(guò)程中容易出現(xiàn)各種各樣的意外事故，施工現(xiàn)場(chǎng)的工人的生命安全也容易受到極大的威脅。其實(shí)造成這種情況的原因很多，比如對(duì)整個(gè)工程的構(gòu)造情況不夠了解，相應(yīng)的安全保護(hù)措施不夠到位，這就為各種意外情況的發(fā)生提供了可能。我們知道，如果在比較復(fù)雜的條件下進(jìn)行施工和挖掘，那會(huì)承擔(dān)非常大的風(fēng)險(xiǎn)，要有備選的方案以及相應(yīng)的意外防范措施，并且需要有技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜地質(zhì)條件;掘進(jìn)工作面;頂板控制技術(shù)

1掘進(jìn)工作面頂板管理的重要性

煤礦開(kāi)采中，強(qiáng)化掘進(jìn)工作面的頂板重審，可以為煤礦的安全生產(chǎn)創(chuàng)造條件。在井下掘進(jìn)中，會(huì)受到外力的持續(xù)作用，圍巖結(jié)構(gòu)原有的平衡狀態(tài)會(huì)受到影響，圍巖結(jié)構(gòu)原有的應(yīng)力條件會(huì)有變化，在這種條件下，如果缺少相應(yīng)的頂板，對(duì)巷道內(nèi)的圍巖結(jié)構(gòu)加以支護(hù)處理，會(huì)引發(fā)多種安全問(wèn)題的發(fā)生，引發(fā)人員傷亡以及財(cái)產(chǎn)的損失。

2煤礦井下掘進(jìn)工作面頂板存在的影響因素

2.1地質(zhì)因素

煤炭掘進(jìn)過(guò)程的安全性會(huì)受到作業(yè)區(qū)域地質(zhì)條件的影響。如果巷道掘進(jìn)區(qū)域的地質(zhì)條件較為不利時(shí)，巷道頂板原有的壓力會(huì)發(fā)生改變，采掘安全會(huì)受到影響。比如，巷道掘進(jìn)中如果碰到斷層時(shí)，頂板會(huì)發(fā)生破碎，這種情況對(duì)于安全的影響較為嚴(yán)重;巷道上有老巷存在時(shí)，會(huì)發(fā)生片幫現(xiàn)象等，特別是在雨季后，會(huì)出現(xiàn)塌陷區(qū)，頂板管理的難度也會(huì)增加。

2.2管理措施

在煤炭的井下掘進(jìn)開(kāi)采作業(yè)中，安全管理措施發(fā)揮著重要作用，對(duì)于保證掘進(jìn)工作面頂板的安全管理起著直接的影響。如果安全管理人員缺少安全意識(shí)，缺少風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別能力，預(yù)防措施不到位，難以對(duì)頂板安全進(jìn)行的有效管理，易發(fā)生安全事故。

2.3工藝與材料的影響

進(jìn)入掘進(jìn)時(shí)，采用工藝與支護(hù)材料會(huì)對(duì)工作面頂板的安全產(chǎn)生直接的影響。井下存在復(fù)雜的地質(zhì)條件，在井下掘進(jìn)時(shí)，支護(hù)方案的制定要結(jié)合實(shí)際情況全面分析論證，組織技術(shù)人員與安全管理人員選擇出最符合掘進(jìn)面實(shí)際的開(kāi)采工藝，不能僅局限于節(jié)約成本和工時(shí)，科學(xué)的開(kāi)采工藝是是保證安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)。

3煤礦生產(chǎn)的地質(zhì)環(huán)境概況

某礦井76軌道下山傾斜長(zhǎng)580m，傾角15°，巷道上段120m位于7煤層中底板8到12m，下段280m位于7煤層中頂板10到15m，中段穿越落差20m的DF229斷層，巷道另穿越落差5m以上斷層7條，巷道掘進(jìn)從頭到尾一共要做4次揭穿煤層的工作。7煤層厚1.62到4.50m這個(gè)范圍，平均下來(lái)厚度大概2.9m;傾角是12～17°這個(gè)范圍，平均傾角13°;從煤層來(lái)看，它的頂部大約是厚度為0～0。21m的泥巖，這種泥巖大多數(shù)顏色比較深，大概是黑色或者是黑色;與之相對(duì)的它的直接頂更厚，大概在6.27m～8.7m左右，但是這些直接頂?shù)念伾貏e淺，大部分是白色或者灰白色，基本都是粉砂巖，這種粉砂巖相較于其他巖來(lái)說(shuō)它的紋理更為雜亂一些，結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定，顆粒中等。

4施工工藝流程

4.1超前探查圍巖

為了能夠預(yù)先了解巷道施工中圍巖變化，達(dá)到“提前探測(cè)，全面了解圍層”基本要求，需了解地質(zhì)預(yù)報(bào)信息以及巷道圍巖發(fā)生大幅度變化情況，同時(shí)在迎頭頂部利用4.5m長(zhǎng)風(fēng)錘鉆桿沿與巷道施工坡度向上20°的夾角向頂板打探查孔，從而查看巷道頂板圍巖大致?tīng)顩r，預(yù)先了解巷道頂板巖性變化情況，根據(jù)準(zhǔn)確的地質(zhì)信息與相關(guān)資料，提出相應(yīng)方案，應(yīng)對(duì)煤礦生產(chǎn)問(wèn)題。在巷道揭露松軟破碎圍巖4m前，要利用骨架加固巷道頂板的辦法;在巷道揭露松軟破碎圍巖2m前，要做好提前注入化學(xué)漿固化巷道頂板的工作。

4.2提前注化學(xué)漿

面對(duì)松軟破碎圍巖，一般在巷道開(kāi)挖后，圍巖之間裂隙會(huì)加大，圍巖強(qiáng)度會(huì)變低，這時(shí)圍巖會(huì)發(fā)生片幫冒頂，造成松動(dòng)壓力。所以，在這種情況下，我們?cè)谙锏篱_(kāi)挖時(shí)，需預(yù)先對(duì)頂板做好超前固化的工作，特別是要增強(qiáng)頂板的支護(hù)，要不然的話成拱難度大，頂板漏冒事件發(fā)生的概率也會(huì)因此而提高。

4.3注漿材料的選擇

馬麗散KS化學(xué)注漿材料是在充分利用法國(guó)技術(shù)，進(jìn)行生產(chǎn)的新型高分子聚合產(chǎn)品。其實(shí)，馬麗散本身是粘度低的，它是種粘度不高、雙組分合成高分子一聚亞胺膠脂材料，主要適用于這些情況，比如能夠使松散巖（煤）體得以加固，以及對(duì)出水口進(jìn)行封閉。它粘合力極高，機(jī)械性能好，當(dāng)與巖層作用時(shí)，有極高的粘合力，可以大大的加固與密封處理的地方，增強(qiáng)松散巖體的整體性，以及受力性。其主要特征是：粘度低，但可以有效的滲入細(xì)小的裂隙中;粘合能力非常好，極容易和松散巖體粘合，更可以提高巖體的機(jī)械性能。當(dāng)凝固后柔韌性會(huì)變得很好，固化后的狀態(tài)不收縮、不開(kāi)裂，增加了巖（煤）體的機(jī)械阻力以及支撐力。在力學(xué)試驗(yàn)中證明，馬麗散把松散巖體充填后平均下來(lái)的單向抗壓強(qiáng)度會(huì)變高，是65.8MPa，塑性變形開(kāi)始載荷值在150kN以上，平均凝聚力為103MPa

4.4注漿參數(shù)的選取

通過(guò)氣動(dòng)鑿巖機(jī)鉆孔，封孔器封孔，了解76軌道下山頂板巖性和局部冒頂范圍的基礎(chǔ)上，設(shè)定好迎頭端面兩肩窩距巷道中心1m、頂板以下0.3m各布置一直徑42mm注漿孔。鉆孔釬桿向上和巷道施工坡度呈20°的夾角狀態(tài)，孔深4.5m，每個(gè)循環(huán)（進(jìn)尺1.3m）注漿一次。利用ZBQS-8.4/12.5型氣動(dòng)注漿泵注漿。ZBQS-8.4/12.5型氣動(dòng)注漿泵，優(yōu)勢(shì)明顯，它體積小、移動(dòng)方便，能把注漿量、材料配比，以及注漿壓力，調(diào)節(jié)到一個(gè)合理的范圍。馬麗散樹(shù)脂與催化劑的配合比為體積1：1，每孔注漿量依據(jù)壓力設(shè)定，設(shè)計(jì)終孔注漿壓力至少得6MPa。當(dāng)注漿壓力極低，漿液擴(kuò)散半徑小，則預(yù)期注漿效果也會(huì)變差;與之相反，一旦液態(tài)漿承受的壓力過(guò)高，則進(jìn)展到注入漿水這個(gè)環(huán)節(jié)時(shí)，會(huì)極容易發(fā)生漏漿，造成安全事故，施工材料會(huì)大大受損。

5結(jié)束語(yǔ)

在地質(zhì)條件比較復(fù)雜的情況下，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，在施工的過(guò)程中對(duì)掘進(jìn)工作面頂板的控制工作往往面臨著很多難題。為了解決這一問(wèn)題，本文在對(duì)掘進(jìn)工作面進(jìn)行分類的條件下，從多個(gè)角度進(jìn)行了分析，通過(guò)分析可以知道，掘進(jìn)工作面頂板的控制工作面臨的問(wèn)題主要來(lái)自過(guò)斷層帶巷道掘進(jìn)、過(guò)薄基巖帶巷道掘進(jìn)、特近距離煤層下層煤巷道掘進(jìn)和特大斷面巷道掘進(jìn)等多個(gè)方面，在掘進(jìn)工作開(kāi)展的時(shí)候，常常會(huì)出現(xiàn)巷道松軟破碎圍巖被揭露的問(wèn)題，因此積極探索復(fù)雜地質(zhì)條件下掘進(jìn)工作面頂板控制技術(shù)非常重要。

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（作者單位：黑龍江龍煤集團(tuán)雞西礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司城山煤礦）