綜采工作面破碎頂板安全維護措施研究

孫馭丞

（大同煤礦集團云岡礦，山西 大同 037003）

1 概述

大同煤礦集團云岡礦81103工作面位于井田311盤區，工作面設計走向長度為1700m，傾向長度為210m，工作面回采煤層為12#煤層，煤層平均厚度為1.82m，平均傾角為2.5°。工作面存在偽頂主要以炭質泥巖為主，平均厚度為1.33m，受采動壓力影響，在回采期間該巖層局部出現破碎、冒落現象；直接頂主要以粉細砂巖互層為主，平均厚度為4.09m；基本頂主要以粉砂巖為主，平均厚度為11.7m。81103工作面采用綜合機械化回采工藝。

根據云岡礦地測科提供《81103工作面水文地質報告》顯示：81103工作面回采至790m處在回風順槽側揭露一條F6正斷層，斷層落差為1.2m，傾角為55°，斷層與工作面呈6°夾角布置，從工作面運輸順槽812m處貫穿顯現。受構造應力及回采壓力影響，工作面回采至770m處時，頂板壓力加大出現破碎現象，在尾部104～115架之間頂板出現局部冒頂，造成支架移架困難；當工作面回采至780m處時頂板出現大面積破碎、下沉現象，位于87～114架范圍內頂板最大下沉量達0.46m，回采速度僅為2.7m/d，在頂板破碎區域內工作面支架初撐力僅為額定值的52.3%,工作阻力為額定值的57.7%,嚴重影響工作面安全回采。對此云岡礦技術科通過技術研究，決定在工作面785m處開始對破碎頂板采取“注漿+超前撞楔支護+支架搭梁”等聯合維護措施。

2 工作面破碎頂板聯合維護措施應用

為了提高破碎頂板穩定性及承載能力，保證支架具有足夠的初撐力及工作阻力，決定對破碎頂板進行注漿加固，施工撞楔支護進行超前維護、支架搭梁帶壓擦頂進行移架。

2.1 注漿支護

通過對破碎頂板施工深度為5.0m窺視孔觀察發現，斷層帶附件頂板破碎區域延伸至直接頂深度達3.2m，所以將頂板往上3.5m范圍作為注漿加固區域。

（1）為了防止頂板破碎、垮落，導致煤壁片幫嚴重，決定在工作面煤壁距頂板0.5m處施工一排注漿鉆孔，鉆孔間距為3.0m，深度為5.0m，直徑為42mm，為保證鉆孔注漿效果，鉆孔與工作面頂板呈45°仰角布置，鉆孔終孔位置距頂板垂直距離不得低于3.5m。

（2）鉆孔施工完后，采用型號為HJB-5.5/5.0型高壓雙液注漿泵向鉆孔內注射馬麗散漿液，注漿壓力不得低于2.0MPa，注漿液采用馬麗散與催化劑配比為1∶1混合液，注漿時從工作面中部向兩邊依次進行。

（3）為了保證注漿效果，將高壓注漿管埋入鉆孔內后，對孔口進行封堵處理，采用膨脹水泥進行封堵，封堵長度為0.5m，封口3h后進行高壓注漿，在注漿期間發現煤體或鄰孔有漿液滲出時立即停止注漿。

2.2 撞楔超前支護

撞楔超前支護主要是通過對工作面設計頂板位置施工多組超前支護體，從而對煤體前方應力集中區進行超前支護，防止回采期間受應力影響發生頂板破碎、冒頂事故。

（1）在工作面設計頂板位置施工一排超前支護鉆孔，鉆孔垂直工作面布置，鉆孔深度為4.0m，直徑為42mm，鉆孔間距為1.0m，鉆孔施工期間嚴格控制施工角度，鉆孔角度上下偏差不得超過±2°。

（2）鉆孔施工完后，及時清理鉆孔內煤屑，并依次向鉆孔內填裝錨固劑及支護體，每個鉆孔內填裝三支錨固劑，分別為一支MSKC23/35型和兩支MSKC23/60型；支護體主要采用長度為4.2m、直徑為25mm高強度左旋無縱筋螺紋鋼錨桿。超前支護體及錨固劑填裝后采用手持式鉆機對其進行錨固，錨固力不得低于120kN。

（3）第一排撞楔超前支護施工完后繼續進行割煤，當工作面推進3.0m后施工第二排撞楔超前支護，相鄰兩排超前支護交錯布置，且交錯距離為1.0m，直至工作面完全過破碎帶，如圖1所示。

2.3 支架搭梁帶壓擦頂移架

（1）工作面破碎頂板注漿支護及煤壁超前支護施工完后，嚴格控制采煤機滾筒割煤深度，單刀割煤深度不得超過0.5m，且進行分段割煤，每段割煤長度為40m。

（2）采煤機割煤后及時進行帶壓擦頂移架，為了保證支架初撐力及工作阻力，移架時在相鄰兩架支架頂梁上方鋪設三根長度為3.5m工字鋼梁，鋼梁間距為1.5m。

（3）為了防止頂板壓力大，造成支架出現自卸現象，導致支架工作阻力不足，液壓支架移架到位后，在支架頂梁下方支設兩架“T”型工字鋼棚，鋼棚“T”型梁垂直煤壁布置。

圖1 81103工作面破碎頂板聯合維護剖面示意圖

2.4 應用效果分析

通過對81103工作面破碎頂板采取“注漿+超前撞楔支護+支架搭梁”等聯合維護措施后，工作面回采過破碎頂板主要取得以下成效：

（1）采用注漿之后，改善了破碎頂板穩定性及承載能力，通過單向抗壓實驗發現，注漿后煤體單向抗壓強度提高至74MPa，避免了頂板因外力作用出現下沉、破碎、局部冒頂現象，通過現場觀察發現，回采期間頂板未出現冒頂、大面積破碎現象。

（2）通過對工作面頂板施工撞楔超前支護后，后期回采期間工作面頂板在超前支護作用下，未出現割煤后支架支護不到位頂板垮落事故，降低了頂板壓力對工作面煤壁作用，減少了煤壁片幫現象。

（3）采用支架搭梁法進行帶壓擦頂移架并在支架下方支設“T”型工字鋼棚，保證支架初撐力及工作阻力。通過對支架測壓儀觀察發現，采取措施后支架初撐力提高至87.9%,工作阻力提高至92.1%，保證了液壓支架支護效果。

3 結語

81103工作面破碎頂板采取“注漿+超前撞楔支護+支架搭梁”等聯合維護措施后，提高了破碎頂板穩定性，有效防止了頂板垮落、冒頂事故發生，保證了工作面安全高效回采，取得了顯著成效。