稿件來源：中國煤炭報

變被動應(yīng)對為主動治理

——冀中能源峰峰集團(tuán)大社礦采用超前長壁注漿法治理片幫冒頂側(cè)記

“得抓緊時間打完這組長壁注漿孔，更有效地防治煤壁片幫。”扛起鉆具，李振明走得飛快。他要趕在下班前，打完最后一組注漿孔。

李振明是冀中能源峰峰集團(tuán)大社礦一采區(qū)班長。自從采用了超前長壁注漿法治理片幫冒頂，他們的工效提高了，干勁也更足了。

超前長壁注漿法是大社礦應(yīng)用于極破碎厚煤層回采工作面的一種全新生產(chǎn)工藝。這在冀中能源集團(tuán)尚屬首家。此法不僅簡化了工序流程，還有效減小了工作面干擾，特別是在工作面頂板治理、提升回采效率方面具有較高應(yīng)用價值。在日前召開的冀中能源 2024 年度科學(xué)技術(shù)大會上，大社礦主導(dǎo)實(shí)施的“頂幫片冒采煤工作面超前長壁注漿治理研究與應(yīng)用”項(xiàng)目從 177項(xiàng)創(chuàng)新成果中脫穎而出，獲得創(chuàng)新獎。

老方法已不適應(yīng)新情況

“工作面片幫、冒頂與地質(zhì)條件有直接關(guān)系。”談及地壓，大社礦生產(chǎn)技術(shù)部主管技術(shù)員王言波說。

大社礦有 65 年開采史，目前已進(jìn)入生產(chǎn)末期。前期開采帶來的地質(zhì)擾動，造成井下巷道位移、彎曲，甚至影響地表的穩(wěn)定性。

王言波認(rèn)為，普遍采用地面注漿方式實(shí)施的瓦斯區(qū)域治理工程，對回采工作面頂板安全也有直接影響。“每天注入近 4000 噸水與粉煤灰的混合漿料，經(jīng)年累月產(chǎn)生的壓力自然而然作用于煤層，增大了頂板負(fù)荷及巷道地壓。”王言波說。

921103 工作面是大社礦主采工作面，長度近 150 米，設(shè)計采用 100 架液壓支架。受區(qū)域地質(zhì)條件影響，在第 60 架支架至第 100 架支架的60 米范圍內(nèi)，出現(xiàn)經(jīng)常性碎砟片幫，導(dǎo)致月推采只有 25 米。

“支架上留不住砟、留不住煤，造成大面積倒架歪架，增加了回采過程中的拉架難度。”大社礦一采區(qū)主管技術(shù)的副區(qū)長胡斌說，以往處理此類片幫溜砟，主要采用及時移架支護(hù)頂板、提高支架初撐力和支護(hù)阻力、提高煤壁煤體強(qiáng)度等被動應(yīng)對的處理方式，“出了大力、流了大汗，收效甚微”。

王言波表示，為提高工作面煤體強(qiáng)度，幾年前，他們引入業(yè)內(nèi)廣泛應(yīng)用的使用化學(xué)材料注漿的工作面短壁注漿法治理片幫冒頂。只需在煤壁、頂板鉆出的注漿口內(nèi)注入化學(xué)漿料，30 分鐘至 60 分鐘就能反應(yīng)、凝固，進(jìn)而穩(wěn)定煤層壓力。

但在實(shí)際應(yīng)用中，胡斌發(fā)現(xiàn)了種種弊端。“一是化學(xué)漿料成本過高，每噸售價超過 2 萬元；二是只能利用設(shè)備檢修時間在工作面注漿作業(yè)，無法與生產(chǎn)班組平行施工，且治理區(qū)域面積小，僅能加固工作面前深度 4 米左右的煤體；三是在井下限員情況下，每班仍需 3 個作業(yè)地點(diǎn) 9 人同時作業(yè)，占用大量人力。”胡斌坦言，化學(xué)注漿法產(chǎn)生的局部高溫，有引發(fā)煤層自燃的重大安全風(fēng)險，是急需解決的難題。

注漿加固與工作面回采平行作業(yè)

大社礦礦長申扎根始終詬病這種“兵來將擋、水來土掩”的被動應(yīng)對方式。他試圖尋找一種既能安全注漿，又能使注漿加固與工作面回采平行作業(yè)的新模式。

“如果將化學(xué)注漿料更換為超細(xì)專用水泥呢？”一次井下帶班，申扎根在一處水泥注漿治水作業(yè)點(diǎn)駐足，扭頭問王言波。

“理論上可行，這樣既能降低材料成本，又能從根本上杜絕煤體發(fā)熱自燃。”王言波接過話茬后若有所思，“不過，仍需一種能夠促其快速凝固的添加劑作為輔料。”

大社礦的治理思路被專家肯定。專家推薦他們嘗試用超前長壁注漿法治理工作面片幫冒頂。

所謂超前長壁注漿法，即在平行于工作面前方煤壁 10 米處開孔打鉆。“以 921103 工作面為例，該工作面煤壁片幫冒頂長度為 60 米，我們將鉆孔深度設(shè)定為65米至70米 。”王言波說，注漿初期，他們采用平行鉆孔進(jìn)行注漿，由于注漿量較少，鉆孔布置較頻繁。為提高效率，中期改為斜孔注漿。在工作面臨近結(jié)束時，縮短超前距，恢復(fù)為平行鉆孔注漿。

具體施工由胡斌完成。他將鉆孔間距調(diào)整為10米，選定“玻璃酸”為超細(xì)水泥漿的凝固輔料。通過初期注漿觀察，胡斌分析認(rèn)為，6米至8米處易受采空區(qū)頂板跨落影響。“我們在鉆孔超前工作面煤壁7米至9米處對裂隙進(jìn)行注漿，煤體、頂板‘吃’漿量及凝固效果最佳。”胡斌說。

李振明擺脫了一成不變的檢修班下井作業(yè)習(xí)慣，他將9個工友分為3個班輪換作業(yè)。

“由于作業(yè)空間大、設(shè)備功率足，1 個注漿作業(yè)點(diǎn)就能解決整個工作面的片幫冒頂問題。”李振明說，由于長壁注漿是在超前工作面 10 米的運(yùn)料巷作業(yè)施工，實(shí)現(xiàn)了與采煤班組互不干擾、平行作業(yè)，還提升了注漿效率及質(zhì)量。

“只有在工作面局部壓力不穩(wěn)定時，我們才會將短壁化學(xué)注漿作為補(bǔ)充處理措施。”李振明說。

超前長壁注漿法推而廣之

8 月，采煤區(qū)生產(chǎn)任務(wù)超額完成，輕松向前推進(jìn)了 50 米。礦上給了嘉獎，胡斌連走路都哼著小曲兒。閑暇時間，他掰著手指為記者算起了賬。

“你看，采用短壁注漿法的注漿費(fèi)用是每米3萬元，現(xiàn)在將短壁注漿法與超前長壁注漿法相結(jié)合，注漿費(fèi)用是每米1.4萬元，算下來每米注漿費(fèi)用少投入1.6萬元。”胡斌講得眉飛色舞，“還以921103工作面為例。工作面月人工費(fèi)用是 110萬元，我們測算采用超前長壁注漿法后能夠減少推采時間3.8 個月，這樣可減少人工費(fèi)用418 萬元。”

為此事興奮的還有房春雨。他是大社礦機(jī)電科科長，負(fù)責(zé)整個礦井原煤、矸石提升工作。房春雨直觀地感受到，采用超前長壁注漿工藝后，提升機(jī)電費(fèi)明顯降低了不少。

在房春雨看來，采用此工藝后，減少了工作面片幫掉砟，每天主、副井減少的矸石提升量在400噸左右，占總提升量的 13.4%。“僅此一項(xiàng)，1天就能節(jié)省電費(fèi) 382.7 元。你可別小看這 382.7元，如果按照 921103工作面減少推采時間 3.8個月計算，總計可以節(jié)省電費(fèi) 4.36 萬元。”房春雨說。

與之毗鄰的羊東礦地質(zhì)構(gòu)成、煤炭賦存與大社礦相似。這段時間，峰峰集團(tuán)總工程師郝永軍忙于在羊東礦推廣超前長壁注漿法。“超前長壁注漿法開創(chuàng)了工作面煤壁破碎治理的新模式，由被動處理轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃映爸卫恚岣吡松a(chǎn)安全保障能力，解決了復(fù)雜情況下破碎煤體加固難題，改善了作業(yè)環(huán)境，降低了煤壁片幫傷人幾率。”郝永軍表示，該工藝如在羊東礦試驗(yàn)成功，大社、羊東 2 礦預(yù)計可減少注漿、人工、材料費(fèi)用近 4000 萬元。（王海）