綜采工作面端面破碎頂板控制措施研究

丁 鑫

（山西霍寶干河煤礦有限公司，山西 臨汾 041600）

綜采工作面在回采期間受采動(dòng)壓力、構(gòu)造應(yīng)力以及超前支撐壓力影響，工作面煤壁易出現(xiàn)片幫，加大了工作面端面空頂距，從而造成端面空頂處出現(xiàn)破碎、局部冒頂現(xiàn)象。端面破碎頂板若不及時(shí)采取控制措施，在支架前探梁與煤壁之間形成壓力集中區(qū)，隨著端面距加大，壓力對(duì)端面處頂板破壞更加嚴(yán)重。本文以209工作面為例，工作面過(guò)斷層期間，對(duì)端面破碎頂板采取注漿+撞楔超前支護(hù)進(jìn)行聯(lián)合控制維護(hù)，保證工作面安全回采。

1 概況

山西霍寶干河煤礦有限公司209工作面位于二采區(qū)，工作面北東端為井田邊界，南西端為二采區(qū)回風(fēng)巷，北西側(cè)均為實(shí)體煤，南東側(cè)為2-100工作面采空區(qū)。209工作面設(shè)計(jì)走向長(zhǎng)度914m，傾向長(zhǎng)度183m，工作面回采煤層為1#、2#合并煤層，平均厚度為3.9m，采用綜合機(jī)械化回采工藝，全部垮落法處理采空區(qū)。工作面直接頂主要以灰色泥巖為主，平均厚度為1.59m，該巖石堅(jiān)固系數(shù)f=3.0，易破碎，在應(yīng)力作用下巖層易出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象；基本頂主要以灰白色的K8細(xì)粒砂巖為主，平均厚度為7.9m。

209工作面回采至540m處揭露一條正斷層F146，斷層落差為1.5m，傾角為40°，斷層貫通整個(gè)工作面煤層，對(duì)回采有較大影響。工作面回采至525m處時(shí)，工作面頂板出現(xiàn)局部破碎、煤壁片幫現(xiàn)象，預(yù)計(jì)工作面回采至斷層帶處時(shí)煤壁片幫將更嚴(yán)重。

2 端面破碎頂板控制措施

在過(guò)斷層帶期間，端面處頂板應(yīng)力相對(duì)集中，巖層自身形成的關(guān)鍵承載圈會(huì)出現(xiàn)失穩(wěn)趨向。隨著端面空頂距加大，承載圈越來(lái)越不穩(wěn)定，當(dāng)端面處頂板在無(wú)有效支護(hù)時(shí)，外界作用大于關(guān)鍵承載圈承載能力，承載圈失去承載作用，端面處頂板出現(xiàn)破碎、冒頂現(xiàn)象。為了提高端面處頂板穩(wěn)定性，必須對(duì)關(guān)鍵承載圈內(nèi)的巖體進(jìn)行加固。

2.1 注漿支護(hù)

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)端面處破碎頂板施工深部巖層觀察孔發(fā)現(xiàn)，頂板破碎巖體主要以直接頂?shù)哪鄮r為主，破碎區(qū)域在0.4～2.2m范圍內(nèi)，破碎巖體堅(jiān)固系數(shù)f＜0.8，巖體完全失去膠結(jié)，這是端面處頂板出現(xiàn)冒頂?shù)闹饕颉?/p>

（1）工作面割煤后移架前，在工作面端面處頂板施工一排注漿鉆孔，鉆孔間距3.0m，鉆孔深度5.0m，鉆孔與頂板成6°夾角布置。

（2）鉆孔施工完后，用高壓注漿設(shè)備向鉆孔內(nèi)注射馬麗散粘劑，在注射過(guò)程中必須確保注射速度均勻，注射壓力不低于4.0MPa。

（3）在注漿過(guò)程中發(fā)現(xiàn)頂板及工作面煤體出現(xiàn)漿液滲透現(xiàn)象時(shí)，立即停止注漿并及時(shí)采用砂漿進(jìn)行封孔處理。

（4）注漿3h后方可繼續(xù)回采。工作面回采2m后施工第二排注漿鉆孔，與第一排在水平面上交錯(cuò)布置。依次類推，直至工作面過(guò)斷層帶。

2.2 撞楔超前支護(hù)

端面處頂板破碎區(qū)域注漿后，雖然提高了局部巖體穩(wěn)定性，但是隨著工作面推移，端面處頂板巖體不能及時(shí)維護(hù)，同樣會(huì)發(fā)生頂板冒落事故。通過(guò)施工撞楔超前支護(hù)對(duì)端面處頂板進(jìn)行短時(shí)間支護(hù)，為工作面移架提供時(shí)間。

（1）為了減少采煤機(jī)割煤過(guò)程中損壞切割部，撞楔超前支護(hù)采用長(zhǎng)度為3.5m，直徑為22mm樹(shù)脂鋼錨桿。

（2）工作面破碎頂板注漿后，采用手持式鉆機(jī)在工作面頂板處施工一排鉆孔，鉆孔深度為5m，直徑為28mm，鉆孔間距為3m，鉆孔垂直工作面煤壁布置，且成組布置在液壓支架前探梁前方。

（3）待工作面所有鉆孔施工完后，在鉆孔依次填裝錨固劑、樹(shù)脂鋼錨桿，并采用鉆機(jī)進(jìn)行錨固，每個(gè)鉆孔填裝2支錨固劑。

（4）撞楔超前支護(hù)施工完后，工作面回采移架時(shí)，支架頂梁緊貼撞楔超前支護(hù)且?guī)阂萍埽?dāng)工作面回采2.0m后施工第二排撞楔超前支護(hù)。

2.3 應(yīng)用效果

（1）209工作面端面破碎頂板施工仰角注漿支護(hù)后，通過(guò)觀察孔發(fā)現(xiàn)頂板破碎巖體在0～1.8m范圍內(nèi)穩(wěn)定性有很大提高，巖體堅(jiān)固系數(shù)f提高至2.0，但是由于受重力影響，在鉆孔底部破碎巖體穩(wěn)定性提高幅度不大，巖石堅(jiān)固系數(shù)f為1.2左右；在注漿支護(hù)后工作面在過(guò)斷層期間未出現(xiàn)頂板破碎、局部冒頂現(xiàn)象。

（2）209工作面施工撞楔超前支護(hù)后，在構(gòu)造應(yīng)力作用下煤壁片幫時(shí)，撞楔超前支護(hù)會(huì)對(duì)端面空頂處頂板進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)，避免了工作面割煤后、移架前之間時(shí)間段內(nèi)頂板發(fā)生冒頂事故，對(duì)空頂處頂板起到了臨時(shí)超前支護(hù)作用。

（3）干河煤礦對(duì)209工作面端面破碎頂板采取注漿、撞楔超前支護(hù)等聯(lián)合維護(hù)措施后，工作面移架過(guò)程中未出現(xiàn)倒架、支架頂梁插頂現(xiàn)象，提高了支架移架效率，同時(shí)工作面在斷層帶期間回采速度達(dá)5.5m/d，提高了回采效率，保證了工作面回采安全。

3 結(jié)語(yǔ)

山西霍寶干河煤礦有限公司在二采區(qū)209工作面過(guò)斷層回采過(guò)程中，對(duì)端面破碎頂板采取“注漿+撞楔超前支護(hù)”聯(lián)合支護(hù)措施，實(shí)踐證明，采取聯(lián)合支護(hù)措施后，提高了端面處破碎頂板穩(wěn)定性，解決了破碎頂板移架難等難題，提高了工作面回采效率，保證了回采安全，取得了顯著成效。