综掘机掘送巷道内锚喷支护及顶板注胶技术的应用

[摘 要]综掘机掘送巷道内锚喷支护及顶板注胶技术打破传统的区段煤柱留设方法，把巷道布置在减压区内，提高煤炭回收率。向破碎顶板（煤顶）注马丽散和使用综掘机，增强了顶板的完整性和避免了炮掘对顶板的振动，方便施工，提高单头进度。对个别抽顶地点注凝胶，保证顶板完整性，采用锚网索支护节约支护费用便于喷碹，使发火期延长。

[关键词]综掘机 锚喷支护 顶板注胶

中图分类号：T834 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）13-0221-01

前言

鹤岗矿业集团公司南山矿位于鹤矿集团煤田中部，南北长4公里，东西宽2.2公里，地面标高320米。南山矿是由斜井群改造的矿井，是一个连续生产70年的老矿，一水平现已开采完毕，主要开采第二和第三水平，连续多年生产原煤都在300万吨以上。由于是老矿井，井下的巷道至上而下交错密布，煤层自然发火期短等，对高产高效形成了制约。现在面临的主要问题就是怎样做好防灭火工作，我矿始终坚持预防为主、超前处理的原则，消除了事故隐患，杜绝了煤层自然发火事故，保障矿区安全生产，顺利实现了防治煤层自然发火安全生产年的奋斗目标。

南山矿过去区段间煤柱都是15～20米，巷道施工和使用期间压力大，巷道变形严重，一般在回采完毕前要恢复2～3次，矿山压力在煤层中的传递次数和强度及范围明显增大，再加上矿井采深大（采深一般在450米以上）顺槽断面大（15平方米左右），煤层松软，围岩中矿山压力高，导致巷道维修十分困难。尤其是在回采巷道中使用工字钢梯形支架支护，往往损坏严重，即使采用U型棚或锚网索支护也无法控制巷道变形，造成巷道维护费用高；既浪费人力、物力、安全系数低，又造成资源浪费，降低回采率。基于以上多方面因素，在集团公司和矿有关领导的大力支持下，我们采区工程技术人员和矿有关领导共同探讨，采用小煤柱使用综掘机，在掘进巷道破碎顶板（煤顶）下，对巷道采用锚喷支护、对个别抽顶地点注凝胶，保证顶板完整性，使顶板和巷道成为一体，保证了施工安全。然后对巷道进行整体喷碹，延长煤的自然发火期的施工方案，并在我区首先进行尝试。

施工地点（西一区18层二分段底板层溜子道）概况：走向长500米，倾斜长105米，煤层厚15米，区内一条斜交正断层落差3米，煤层倾角平均8°，煤层顶板为中砂岩，底板为细砂岩。煤层层理、节理都较发育，自然发火期短，仅为3个月。

在施工该区底板层溜子道时，采用小煤柱掘送的办法，把巷道布置在减压区内，最小煤柱为5米，最大煤柱为7米，取得了非常好的效果。

具体施工方法：该巷道是沿煤层底板施工，顶板为煤顶，巷道在施工过程中，由于顶板破碎，采用常规炮掘的方法，极易造成巷道冒顶，施工巷道非常困难且安全隐患大，后期维护相当难。我们采区在顶板破碎极易抽顶处采用提前向巷道顶板注马丽散的办法，先在场子头顶板位置向巷道前进方向，顺煤层并排打三个直径1.5寸，长5米的探眼，并向探眼注马丽散，使顶板完整性增强。

马丽散是一种低粘度，双组分合成高分子――聚亚胺胶脂材料，采用高压灌注时，当树脂和催化剂掺在一起时反应或遇水产生膨胀，本身反应或发泡生成多元网状密弹性体的特征，当它被高压推挤，注入到煤岩层（在高压作用下可以使煤岩层的闭合裂隙张开），可沿煤岩层延展直到将所有裂隙（包括肉眼难以觉察的裂隙及在高压作用下重新张开的裂隙）充填。在封堵裂隙加固煤岩层时，煤岩层不含水时产品膨胀率也相应变小（膨胀倍数为2～4倍），高压推力将马丽散压入并充满所有缝隙，达到止漏目的，成品抗压介于25～38Mpa；在遇水后（掺水）时产生关联反应，发生膨胀，在膨胀压力的作用下产生二次渗压（膨胀倍数为20～25倍），高压推力与二次渗压将马丽散压入并充满所有缝隙，从而达到止漏目的，由于马丽散具有良好的抗压能力，经得起地层的运动，具有寿命期长的特点。同时，马丽散反应迅速，大大缩短了施工期限，节约时间，不影响生产，保证煤矿安全生产进度。

施工设备简单，易操作。只需要一台专用泵和一支混合枪，施工工艺简单易行，现将其施工工艺简介如下：

（1）孔位的设计；

（2）打孔，要求钻孔直径Ф=42mm，深度、倾角按现场情况而定；

（3）把多功能泵及其附件组装好并把注射枪固定住；

（4）开始注浆，把两根吸料管分别插入马丽散树脂和催化剂桶中，活塞在气马达的作用下运动，由于压力的作用使原料经过活塞进入输料管，输送到注射枪里，通过注射枪注入煤岩层，原料渗入裂隙，进而快速反应达到加固的目的；

（5）停止注浆，用树脂冲洗管路和混合枪；

（6）换孔注浆，重复2～5的步骤；

（7）注浆完毕后，用清洗剂清洗多功能泵和附件。

掘进时使用EBJ-120TP型掘进机进行落煤、装煤，提高巷道成型率。要求机组手必须按先下后上，先中间后四周，最后刷成所需要的巷道的切割顺序进行操作，这样即提高了所掘巷道的稳定性，又提高了巷道的成型率。综掘机割煤，避免了放炮震动对顶板完整性的破坏，基本上控制了巷道抽顶。

然后巷道采用锚网索支护，综放工作面的顺槽断面一般选择为矩形。巷道的掘进宽度为5.0m ，高度3.0m，掘进断面积为15.0m2。锚杆采用45#左旋无纵筋螺纹钢，φ20mm，顶板锚杆长度2.5m，两帮锚杆长度2.0m。锚杆排、间距0.8m，每排13根。锚索采用φ17.8mm的钢绞线，长度6.3m，排距4.0m，间距2.5m，每排2根。采用工字钢作为锚索托梁。托梁长0.8m，在中心钻一个φ20mm的小孔。锚杆托盘厚度不小于6mm，直径不小于120mm。铺全网施工，金属网采用菱形网。挂单网，每隔0.2m联一下，单丝双扣。打锚杆眼使用φ28mm的风钎头，药卷使用φ25mm的速凝树脂药卷，锚杆药卷用一个，锚索药卷用3个。锚杆锚固力不低于6吨，锚索锚固力不低于20吨。综放工作面顺槽采用锚网索支护后，明显减轻工人劳动强度。在巷道向前施工50米后进行喷碹，使巷道与煤层形成一个整体，延长煤的自然发火期，更保证了施工的合理化和安全可靠性。喷射混凝土第一可以起到加固与防止风化作用，提高围岩的强度，同时防止因水和风化作用造成围岩破坏与剥落。第二可以改善围岩应力状态，通过喷射混凝土，一方面将围岩表面的凹凸不平处填平，消除围岩面不平引起的压力集中现象，避免过大的集中应力所造成的围岩破坏；另一方面使巷道周边围岩双向受力状态变成三向受力状态，提高围岩的强度。

在这个区段施工中也发生了两处抽顶，但体积都小于2立方米，我们采区及时对抽顶空间采用注凝胶进行封堵，保证巷道的完整性及安全性。注凝胶是在两个容器中分别装入水玻璃（主要成份为SiO2）、化肥（主要成份为NH4NO3，后期使用过NaHCO3），和水按1：15的比例充分混合，分别通过两根水管和三通汇入到一根水管内，再通过90型泵注入到煤体内，经过化学反应所生成的化合物（NH4）2SiO3（后期产物为Na2SiO3）具有阻燃的特性，从而防止煤体氧化生温。

采用小煤柱使用综掘机割煤，破碎顶板提前向前进方向顶板注马丽散，采用锚喷支护的方法，个别抽漏顶地点注凝胶，共计施工巷道500米，巷道无变型，没有发现一氧点（南山矿18层煤发火期最短18天），巷道基本没有维修过，就节省维修巷道的材料费和工人费以及其它各项开支，可为矿节约资金近百万元，减少煤炭资源损失15万吨。

区段间小煤柱破碎顶板（煤顶），提前向顶板注马丽散，使用综掘机割煤，采用锚喷支护技术，个别抽漏顶地点注凝胶，在我矿和集团公司属于一种先进的施工技术，保证了煤矿安全生产和经济效益，在全国煤炭行业这项技术有很好的发展前景！？在防治煤层自然发火方面还有很多不足之处，还不能完全杜绝自燃隐患的发生，但也更加坚定了我们做好煤矿防灭火工作的信心，我们要继续坚持管理、培训并重的原则，坚持管理、技术两手抓，两手都要硬的思路，完善管理制度和技术手段，筑牢基础。实现矿井“一通三防”长治久安的目标。

作者简介

王清国（1969─），男，2008年毕业于鹤岗矿务局职工大学采矿专业，专科学历，助理工程师，长期从事采掘管理工作，现工作于龙煤鹤岗矿业公司南山煤矿高档区。