綜放工作面過高冒區加強支護實踐

袁 肖

（山西省晉城無煙煤集團礦業有限公司寺河礦，山西 晉城 048000）

綜放工作面具有回采效率高、成本低、巷道掘進量少、減少搬家次數等優點，已經普遍應用于厚煤層和特厚煤層開采中［1］。但由于煤層厚度較大，在構造影響區域，疊加回采期間應力轉移，容易導致工作面頂板破碎和冒落，對頂板穩定性造成破壞，降低回采效率，若不及時處理還會造成頂板大面積垮冒情況［2-4］。目前應對措施主要有搭梁擦頂帶壓移架。若工作面出現高冒區，則極容易造成頂梁無法接頂，使液壓支架的支撐力和工作阻力無法達到設計要求［5］，難以保證整體支護強度。由于頂板圍巖受到嚴重破壞，在采動應力的作用下會進一步擴大頂板冒落區范圍。本文以常村煤礦1704 綜放面開采為實例，探討如何安全快速通過高冒區。擬采用注漿加固、人造工作面假頂、撞楔法支護等綜合防護措施。實際應用取得了良好的效果。

1 工作面概況

常村煤礦1704 工作面屬一水平七采區，走向長2 055 m，傾向長190 m；主采10#煤層，煤層厚度平均11.5 m；煤層內含三層夾矸，結構復雜，夾矸巖性為炭質泥巖，厚度0.2～0.6 m，總厚度約1.2 m。該工作面的采煤工藝為綜采放頂煤，一次采全高走向長壁采煤法。采煤機截煤高度為3.2 m，頂煤垮落厚度8.3 m，采煤順序為先割煤后放煤，支架步距0.8 m。

地質報告顯示，1704 工作面切眼正前方450 m位置存在一條1.3 m落差、56°傾角的正斷層。從切眼推進到433 m處，因地質構造的應力以及相鄰采空區的影響，出現頂板破碎的情況，直到工作面推進至450 m位置附近時，頂板出現局部高冒區域，最大冒落高度為2.5 m，最大冒落寬度為2.8 m。在冒落區域，支架無法接頂，使支架不能提供足夠的支撐力以及工作阻力。

2 支護條件分析

厚煤層綜放面在過高冒區時，支護效果較差，主要原因有煤巖層特性導致的承載力不足、支護難度大而導致的支護效果差、施工密集錨孔的擾動破壞以及超前應力造成的高冒區擴散。

2.1 煤巖層穩定性差

1704 工作面回采10#煤層，該煤層因結構復雜，其煤巖層穩定性差，頂板較為破碎。受工作面采動影響，煤層頂板穩定性遭到進一步破壞，在重力作用下，頂板承載能力降低產生冒落，形成局部高冒區。

2.2 支護難度高

高冒區的冒落高度最大處為2.5 m，在此區域進行支護時，由于距頂過高，需要打設臨時的工作臺，增加錨桿及錨索打設時的難度，且存在一定的安全隱患。同時，冒落后的頂板形狀不規則，也無法使用鋼梁等手段進一步加強支護，只能增加錨桿的打設密度，支護效果較差。

2.3 受擾動影響

由于高冒區的存在，支護方式單一，為提高錨桿錨索支護的強度，增加錨桿錨索的打設密度，受施工錨孔的擾動影響，煤巖層頂板更加破碎。

2.4 高冒區超前擴散

由于10#煤層的不穩定性，其煤巖層頂板的承載能力弱，1704 工作面在回采過程中受構造應力、相鄰采空區應力以及采動應力的影響，頂板冒落范圍擴散，因采煤后移架速度不能及時跟上應力前移速度，從而造成高冒區向回采方向擴散。

3 加強支護

為解決1704 工作面高冒區支護效果差的問題，阻止高冒區的擴散。提出了在高冒區進行全方位、多形式的綜合支護措施。針對高冒區的特點，選擇了注漿加固、人造假頂、撞楔法等加強支護方式。

3.1 注漿加固

1704 工作面高冒區因頂板破碎垮落，附近圍巖的整體穩定性遭到破壞，存在大量裂隙面，無法形成有效承載層，需要對圍巖進行注漿加固，充填圍巖的裂隙面，使巖體膠結形成整體，加強其穩定性及承載力。

在冒落頂板以下1.5 m左右區域進行了注漿孔設計。本次注漿加固孔打設數量為4 個，打設深度為3.5 m，孔徑Φ55 mm，鉆孔與高冒區巖體夾角呈75°布置。注漿孔布置可見圖1。

注漿孔打設完成后，下設3.5 m長套管及注漿軟管后完成封孔，隨后用注漿泵連接注漿軟管后以1.8 MPa的注漿壓力進行注漿。

3.2 假頂支護

1704 工作面高冒區存在2.5 m的冒落高度，以及冒落后的頂板不規則，因此支架無法接頂，不能提供足夠的初撐力來支撐頂板。在頂板冒落后加設一層人造工作面假頂并對其進行充填加固，不僅加強了頂板的穩定性，還能使支架的支撐力得到發揮。

人造工作面假頂的加設，見圖1。首先在1704工作面頂板冒落處做3 個錨索支護，施工3 個孔徑為Φ25 mm，孔深為8 m的錨索孔，與頂板呈垂直布置，孔間距設計為走向5 m，傾向1 m，錨索孔施工完成后，選擇8.5 m長，直徑Φ21.8 mm的恒阻大變形錨索，并加入錨固劑進行錨固。保證外露錨索長度小于0.5 m。選用11#工字鋼梁3 根，依次安裝在錨索外露部分，使鋼梁與冒落后的頂板之間形成一個半球形空間。在鋼梁上表面鋪設金屬網、廢舊風布、道木等充填物。長型道木需與鋼梁呈井字形鋪設，使人造工作面假頂與冒落頂板靠實。

圖1 注漿孔及人造工作面假頂布設

為進一步提高人造工作面假頂的整體穩定性以及與冒落后頂板的接頂強度，選用羅克休膨脹劑對假頂內充填物間隙進行加固。該膨脹劑具有安全環保、膨脹效果好的特點，可保證人造工作面假頂的整體穩定性。

3.3 撞楔法支護

撞楔法是指在工作面先用楔狀物強行插入破碎巖層中，以擋住頂板或巷道其它部位的巖碴，維護出一個安全工作空間，然后進行回采工作。1704工作面在回采至450 m處，因斷層構造應力的影響，造成的高冒區范圍增加。在過斷層期間，采用撞楔法對工作面進行超前支護。

在工作面過斷層期間，70—81 架之間受斷層影響較大，因此在該區域前方頂板處打設第一組長3 m、直徑Φ24 mm的鋼管，間距0.5 m，共10 根，與前方煤墻呈垂直打設。完成后，選用長5.3 m的M卷鋼板將撞楔與頂板固定。隨后工作面以0.6 m的割煤深度進行回采，完成4 組割煤共2.4 m后，再打設第二組撞楔，與第一組撞楔交錯布置，重復割煤與撞楔法支護，直至工作面完全通過斷層。

4 效果分析

注漿加固后，1704 工作面高冒區整體煤巖層的穩定性得到顯著提高，圍巖的承載力得到加強，頂板冒落現象得到了有效控制；加設人造工作面假頂阻止高冒區頂板的持續冒落，使冒落區空頂得到充填加固，極大的改善液壓支架因無法接頂造成的初撐力及工作阻力，接頂后液壓支架的支護能力得到了加強；以撞楔法在工作面過斷層期間進行超前支護，避免了因移架緩慢導致應力超前集中破壞工作面頂板，使高冒區沿回采方向不斷擴散；提高了1704 工作面的回采效率，使回采速度從之前的每天推進2.8 m提高至5.5 m，為礦井創造了良好的經濟效益。

5 結語

常村煤礦在1704 工作面在回采期間，存在因頂板冒落破碎造成的支護困難、支護效果差等問題；針對上述問題，擬采用注漿加固、人造工作面假頂、撞楔法等綜合支護措施；應用表明，該綜合支護方案有效地解決了綜放工作面在過斷層時出現的支護強度不足的問題。