聯合支護技術在綜采工作面過斷層破碎帶中應用實踐

崔海勝

（西山煤電集團馬蘭礦，山西 古交 030205）

綜采工作面回采期間經常遇斷層、陷落柱等地質構造，在構造應力、圍巖應力、超前支撐壓力等作用下，工作面頂板會出現破碎、局部冒頂現象，特別是在工作面端面空頂處尤為嚴重，威脅著工作面安全高效回采。所以，綜采工作面過斷層破碎帶時必須采取合理有效的支護措施，提高破碎頂板穩定性。本文以西山煤電集團馬蘭礦28301工作面為研究對象，提出了工作面過斷層破碎帶時采取“撞楔超前支護+錨索梁棚”進行聯合支護，保證了工作面安全穩定回采。

1 概況

馬蘭礦28301工作面位于北三盤區，工作面走向長度1215m，傾向長度178m，回采煤層為8#煤層，平均厚度4.0m，屬石炭二疊紀煤層，煤層結構不穩定。工作面直接頂主要以泥巖為主，平均厚度3.8m，基本頂主要以砂巖為主，平均厚度7.4m。28301工作面采用綜合機械化回采工藝，工作面共穩裝液壓支架（ZFG13000/27.5/42）105架，采煤機（MG650/1630-WD）1臺，裝刮板輸送機（SGZ1000/2×855）及轉載機（SZZ1200/525）各1部，截至目前28301工作面已回采720m。

根據馬蘭礦地測科提供資料顯示，28301工作面回采至760m處將揭露一條正斷層F9，斷層落差為1.7m，傾角為55°，工作面初步設計中采用強行帶壓擦頂過F9斷層。由于受構造應力影響，預計工作面回采至740m處將進入斷層破碎區域，影響工作面走向長度達40m，工作面在斷層破碎區域時頂板壓力大，特別是在超前支撐壓力作用下煤壁有可能出現大面積片幫，端面空頂處頂板破碎嚴重會發生局部冒頂現象，不僅加大了工作面回采難度，而且很容易發生安全事故。所以，為確保綜采工作面安全回采，工作面在過斷層破碎帶區域時必須采取合理有效的支護措施。

2 原支護工藝及問題分析

2.1 原支護工藝

初步設計中，28301工作面過F9斷層時對破碎頂板施工單錨桿進行維護，工作面割煤后及時對端面空頂處施工單錨桿，錨桿間距為1.0m，錨桿采用長度為2.0m左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，錨桿下方安裝長度為0.45m小鋼帶，鋼帶與工作面平行布置。頂板錨桿支護施工完后及時帶壓擦頂移架。

2.2 存在問題分析

（1）28301工作面過斷層帶期間，工作面煤壁在構造應力、采動壓力以及超前支撐壓力的影響下極易出現大面積片幫現象，造成工作面割煤、移架后端面空頂距大于1.0m，此時空頂處頂板在外力的作用下更加破碎，隨著深部巖層斷裂，形成集中泄壓區，頂板巖層破碎深度可達3.0m，而初步設計頂板采用長度為2.0m錨桿進行支護，錨桿錨固端處于破碎巖石層內，錨固效果差，錨桿出現失效現象。

（2）單一的錨桿支護對整體巖層支護效果相對明顯，而對于破碎巖石層支護效果差；工作面每隔1.0m施工一根錨桿，工序繁瑣，作業人員在無支護保護下施工，安全隱患大。

（3）在端面空頂處頂板施工支護后，隨著工作面推移，工作面頂板始終處于破碎狀態，頂板壓力會向工作面煤壁上方移動，采用單一的錨桿支護無法對工作面前方頂板壓力進行超前控制。

3 聯合支護技術在斷層破碎帶中應用

3.1 撞楔超前支護

28301工作面撞楔超前支護，在工作面頂板與煤壁處施工一排超前支護鉆孔，在鉆孔內安裝超長支護材料并用錨桿錨固，工作面割煤后支架頂梁帶壓頂住超前支護材料進行移架，從而達到對工作面前方頂板超前支護的目的。

（1）超前支護鉆孔采用Y28型鉆機施工，鉆孔直徑為32mm，鉆孔深度為3.0m，鉆孔間距為1.5m，鉆孔施工在工作面頂板位置且垂直煤壁布置。

（2）鉆孔施工完后，在鉆孔內依次填裝錨固劑及超長支護錨桿，支護錨桿采用長度為3.5m，直徑為25mm的螺紋鋼錨桿，每根錨桿配套三支錨固劑（一支MSK23/35型，兩支MSKC23/60型）。采用手持式鉆機對每一根加長錨桿進行錨固。

（3）撞楔超前支護施工完后，繼續采煤機割煤，割煤深度為0.5m，割煤后液壓支架帶壓擦頂進行移架；當工作面割煤2m后施工第二排撞楔超前支護，相鄰兩排撞楔超前支護交錯布置。如圖1所示。

3.2 錨索棚梁支護

錨索梁棚支護主要利用加長錨索及鋼梁相互配合，對破碎頂板進行維護，從而得到降低破碎頂板局部冒頂，提高破碎巖體穩定性目的。

（1）28301工作面每架錨索梁棚主要由一根長度為2.5m工字鋼梁和兩根長度為8.3m，直徑為21.6mm加長錨索組成，如圖1所示。

（2）首先在工作面破碎頂板處施工錨索鉆孔，鉆孔深度為8.0m，鉆孔施工完后在孔內分別填裝錨固劑并對錨索進行錨固，錨索外露長度控制在0.5m。同一根鋼梁兩根錨索間距為1.8m。

（3）錨索錨固后在其下方安裝工字鋼梁，鋼梁平行工作面布置，相鄰兩根鋼梁間距為1.0m。

（4）第一排錨索棚梁施工完后繼續割煤，割煤長度達1.0m后施工第二排錨索棚梁，第二排錨索棚梁與第一排施工工藝相同，間距為1.0m，且錯位式布置，如圖1所示，依次類推直至整個工作面過斷層破碎帶。

圖1 28301工作面斷層破碎區域聯合支護施工平面圖

4 應用效果

馬蘭礦對綜采工作面過斷層破碎帶時傳統錨桿支護存在的不足進行合理分析，提出了“撞楔超前支護+錨索梁棚”的聯合支護方案。實踐證明，28301工作面過斷層破碎帶期間采用聯合支護技術后，頂板未出現局部冒頂及垮落事故，提高了工作面回采效率，保證了工作面回采安全，取得了顯著成效。