稿件来源：中国煤炭报
变被动应对为主动治理
——冀中能源峰峰集团大社矿采用超前长壁注浆法治理片帮冒顶侧记
“得抓紧时间打完这组长壁注浆孔，更有效地防治煤壁片帮。”扛起钻具，李振明走得飞快。他要赶在下班前，打完最后一组注浆孔。
李振明是冀中能源峰峰集团大社矿一采区班长。自从采用了超前长壁注浆法治理片帮冒顶，他们的工效提高了，干劲也更足了。
超前长壁注浆法是大社矿应用于极破碎厚煤层回采工作面的一种全新生产工艺。这在冀中能源集团尚属首家。此法不仅简化了工序流程，还有效减小了工作面干扰，特别是在工作面顶板治理、提升回采效率方面具有较高应用价值。在日前召开的冀中能源 2024 年度科学技术大会上，大社矿主导实施的“顶帮片冒采煤工作面超前长壁注浆治理研究与应用”项目从 177项创新成果中脱颖而出，获得创新奖。
老方法已不适应新情况
“工作面片帮、冒顶与地质条件有直接关系。”谈及地压，大社矿生产技术部主管技术员王言波说。
大社矿有 65 年开采史，目前已进入生产末期。前期开采带来的地质扰动，造成井下巷道位移、弯曲，甚至影响地表的稳定性。
王言波认为，普遍采用地面注浆方式实施的瓦斯区域治理工程，对回采工作面顶板安全也有直接影响。“每天注入近 4000 吨水与粉煤灰的混合浆料，经年累月产生的压力自然而然作用于煤层，增大了顶板负荷及巷道地压。”王言波说。
921103 工作面是大社矿主采工作面，长度近 150 米，设计采用 100 架液压支架。受区域地质条件影响，在第 60 架支架至第 100 架支架的60 米范围内，出现经常性碎砟片帮，导致月推采只有 25 米。
“支架上留不住砟、留不住煤，造成大面积倒架歪架，增加了回采过程中的拉架难度。”大社矿一采区主管技术的副区长胡斌说，以往处理此类片帮溜砟，主要采用及时移架支护顶板、提高支架初撑力和支护阻力、提高煤壁煤体强度等被动应对的处理方式，“出了大力、流了大汗，收效甚微”。
王言波表示，为提高工作面煤体强度，几年前，他们引入业内广泛应用的使用化学材料注浆的工作面短壁注浆法治理片帮冒顶。只需在煤壁、顶板钻出的注浆口内注入化学浆料，30 分钟至 60 分钟就能反应、凝固，进而稳定煤层压力。
但在实际应用中，胡斌发现了种种弊端。“一是化学浆料成本过高，每吨售价超过 2 万元；二是只能利用设备检修时间在工作面注浆作业，无法与生产班组平行施工，且治理区域面积小，仅能加固工作面前深度 4 米左右的煤体；三是在井下限员情况下，每班仍需 3 个作业地点 9 人同时作业，占用大量人力。”胡斌坦言，化学注浆法产生的局部高温，有引发煤层自燃的重大安全风险，是急需解决的难题。
注浆加固与工作面回采平行作业
大社矿矿长申扎根始终诟病这种“兵来将挡、水来土掩”的被动应对方式。他试图寻找一种既能安全注浆，又能使注浆加固与工作面回采平行作业的新模式。
“如果将化学注浆料更换为超细专用水泥呢？”一次井下带班，申扎根在一处水泥注浆治水作业点驻足，扭头问王言波。
“理论上可行，这样既能降低材料成本，又能从根本上杜绝煤体发热自燃。”王言波接过话茬后若有所思，“不过，仍需一种能够促其快速凝固的添加剂作为辅料。”
大社矿的治理思路被专家肯定。专家推荐他们尝试用超前长壁注浆法治理工作面片帮冒顶。
所谓超前长壁注浆法，即在平行于工作面前方煤壁 10 米处开孔打钻。“以 921103 工作面为例，该工作面煤壁片帮冒顶长度为 60 米，我们将钻孔深度设定为65米至70米 。”王言波说，注浆初期，他们采用平行钻孔进行注浆，由于注浆量较少，钻孔布置较频繁。为提高效率，中期改为斜孔注浆。在工作面临近结束时，缩短超前距，恢复为平行钻孔注浆。
具体施工由胡斌完成。他将钻孔间距调整为10米，选定“玻璃酸”为超细水泥浆的凝固辅料。通过初期注浆观察，胡斌分析认为，6米至8米处易受采空区顶板跨落影响。“我们在钻孔超前工作面煤壁7米至9米处对裂隙进行注浆，煤体、顶板‘吃’浆量及凝固效果最佳。”胡斌说。
李振明摆脱了一成不变的检修班下井作业习惯，他将9个工友分为3个班轮换作业。
“由于作业空间大、设备功率足，1 个注浆作业点就能解决整个工作面的片帮冒顶问题。”李振明说，由于长壁注浆是在超前工作面 10 米的运料巷作业施工，实现了与采煤班组互不干扰、平行作业，还提升了注浆效率及质量。
“只有在工作面局部压力不稳定时，我们才会将短壁化学注浆作为补充处理措施。”李振明说。
超前长壁注浆法推而广之
8 月，采煤区生产任务超额完成，轻松向前推进了 50 米。矿上给了嘉奖，胡斌连走路都哼着小曲儿。闲暇时间，他掰着手指为记者算起了账。
“你看，采用短壁注浆法的注浆费用是每米3万元，现在将短壁注浆法与超前长壁注浆法相结合，注浆费用是每米1.4万元，算下来每米注浆费用少投入1.6万元。”胡斌讲得眉飞色舞，“还以921103工作面为例。工作面月人工费用是 110万元，我们测算采用超前长壁注浆法后能够减少推采时间3.8 个月，这样可减少人工费用418 万元。”
为此事兴奋的还有房春雨。他是大社矿机电科科长，负责整个矿井原煤、矸石提升工作。房春雨直观地感受到，采用超前长壁注浆工艺后，提升机电费明显降低了不少。
在房春雨看来，采用此工艺后，减少了工作面片帮掉砟，每天主、副井减少的矸石提升量在400吨左右，占总提升量的 13.4%。“仅此一项，1天就能节省电费 382.7 元。你可别小看这 382.7元，如果按照 921103工作面减少推采时间 3.8个月计算，总计可以节省电费 4.36 万元。”房春雨说。
与之毗邻的羊东矿地质构成、煤炭赋存与大社矿相似。这段时间，峰峰集团总工程师郝永军忙于在羊东矿推广超前长壁注浆法。“超前长壁注浆法开创了工作面煤壁破碎治理的新模式，由被动处理转变为主动超前治理，提高了生产安全保障能力，解决了复杂情况下破碎煤体加固难题，改善了作业环境，降低了煤壁片帮伤人几率。”郝永军表示，该工艺如在羊东矿试验成功，大社、羊东 2 矿预计可减少注浆、人工、材料费用近 4000 万元。（王海）