綜采工作面過應(yīng)力區(qū)頂板控制技術(shù)應(yīng)用

吳曉峰

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)有限公司，山西 大同 037001)

1 概述

北辛窯礦8102 工作面采用一進(jìn)一回通風(fēng)，工作面東側(cè)為8101 工作面采空區(qū)，西側(cè)是未開采的實(shí)體煤柱，北側(cè)是井田邊界，南側(cè)是集中輔運(yùn)大巷、集中膠帶大巷和回風(fēng)大巷。

8102 工作面走向長(zhǎng)度為1400 m，傾向長(zhǎng)度為230 m，工作面回采的是山西組2#煤層，平均厚度為5.92 m，平均傾角為3°。2#煤層直接頂主要以泥巖為主，平均厚度為3.6 m；基本頂主要以細(xì)砂巖為主，平均厚度為11.4 m。18105 工作面采用低位放頂煤回采工藝，截至目前工作面已回采840 m。

工作面回采至835 m 處位于機(jī)頭4#～18#支架之間的頂板出現(xiàn)破碎現(xiàn)象。隨著工作面推進(jìn)，當(dāng)工作面回采至840 m 處時(shí)頂板出現(xiàn)局部冒漏，煤壁片幫嚴(yán)重，片幫深度達(dá)1.9 m，端面空頂距達(dá)2.3 m，嚴(yán)重制約著工作安全高效回采。

2 8102 工作面端面破碎機(jī)理

（1）煤層賦存條件的影響。8102 工作面回采的2#煤層屬于結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的復(fù)合型煤層，煤層內(nèi)夾雜多層矸石，主要為泥巖、砂巖，局部出現(xiàn)火成巖侵入現(xiàn)象，導(dǎo)致煤層賦存結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差。工作面回采過程中在回采應(yīng)力作用下煤層與矸石層之間極易產(chǎn)生脫落，造成煤層破碎現(xiàn)象。

（2）集中應(yīng)力影響。由于8102 工作面東部為18101 工作面采空區(qū)，8102 工作面運(yùn)輸順槽與采空區(qū)預(yù)留的煤柱寬度為20 m，工作面在前期回采過程中運(yùn)輸順槽位于采空區(qū)側(cè)煤柱出現(xiàn)破裂、片幫現(xiàn)象，采空區(qū)殘余應(yīng)力向工作面?zhèn)鬟f。同時(shí)，工作面回采到847 m處將揭露一條F4正斷層，斷層落差為1.4 m，傾角為57°，斷層將從16#支架前方揭露，并向運(yùn)順順槽側(cè)延伸，斷層與工作面夾角為48°。在采空區(qū)殘余應(yīng)力、F5 斷層構(gòu)造應(yīng)力以及回采應(yīng)力等集中應(yīng)力破壞作用下，工作面頂板及煤壁出現(xiàn)破碎現(xiàn)象。

（3）回采工藝的影響。8102 工作面主要采用低位放頂煤回采工藝，回采高度為3.3 m，放煤高度為2.62 m，8102 工作面單刀割煤深度為0.8 m。工作面在回采過程中頂煤穩(wěn)定性差，承載能力低，在應(yīng)力作用下頂煤破碎嚴(yán)重，應(yīng)力在破碎區(qū)產(chǎn)生卸壓作用，造成煤壁產(chǎn)生剝離破壞，致使煤壁片幫，并加大了端面空頂距。

3 工作面應(yīng)力區(qū)頂板聯(lián)合控制技術(shù)

為了進(jìn)一步提高8102 工作面頂板穩(wěn)定性，控制端面距，防止頂板垮落事故，決定對(duì)應(yīng)力區(qū)頂板采取“吊梁勾頂+炮擴(kuò)循環(huán)”等綜合頂板控制技術(shù)[1-5]。

3.1 吊梁勾頂法

（1）通過現(xiàn)場(chǎng)觀察發(fā)現(xiàn)，8102 工作面 840 m處頂板冒漏深度為2.7 m，沿工作面走向冒漏寬度為2.2 m，沿工作面傾向冒漏長(zhǎng)度為8.4 m（位于6#～11#支架前方），工作面冒漏區(qū)在調(diào)梁勾頂前需將1#～5#、以及12#～30#支架超前移架到位。

（2）在6#支架前方頂板開始施工起重錨索，每組兩根，錨索長(zhǎng)度為5.3 m，直徑為17.8 mm。同一組錨索第一根施工在距支架前探梁前方0.15 m處，第二根與第一根施工在距工作面煤壁0.3 m 處。

（3）第一組起重錨索施工完后，錨索外露長(zhǎng)度控制在0.5 m 左右，并在錨索外露端安裝一根長(zhǎng)度為2.5 m 工字鋼梁。第二組起重錨索與第一組間距為3.5 m，冒漏區(qū)共計(jì)施工三組錨索吊梁。

（4）錨索吊梁全部施工完后微調(diào)鋼梁，確保鋼梁在同一水平面上，然后在三組錨索梁棚上方鋪設(shè)一排密集板梁，每根板梁長(zhǎng)度為4.0 m。板梁鋪設(shè)完成后在其上方依次鋪設(shè)木垛，直至與冒漏區(qū)頂板接觸嚴(yán)實(shí)。8102 工作面冒漏區(qū)吊梁勾頂平面示意圖如圖1。

3.2 炮擴(kuò)循環(huán)法

（1）炮擴(kuò)循環(huán)法過破碎區(qū)前應(yīng)將采煤機(jī)移至工作面尾部，對(duì)工作面?zhèn)涡边M(jìn)行調(diào)整，并將工作面支架全部移架到位。

（2）從工作面5#支架前方煤壁從頂板至底板施工一排爆破鉆孔，每排5 個(gè)，爆破孔深度為1.2 m，直徑為32 mm，孔間距為0.6 m。爆破孔施工完后對(duì)鉆孔依次填入礦用乳化炸藥以及毫秒延期電雷管，進(jìn)行爆破施工。

（3）第一排爆破孔施工完后在爆破形成的缺口處向機(jī)尾處施工擴(kuò)幫爆破孔，擴(kuò)幫爆破孔共計(jì)兩排，每排4 個(gè)鉆孔，孔深為1.5 m，直徑為32 mm。鉆孔施工完后依次填裝炸藥及雷管進(jìn)行擴(kuò)幫施工，每次擴(kuò)幫深度為1.2 m，擴(kuò)幫長(zhǎng)度為1.5 m。

（4）擴(kuò)幫后當(dāng)擴(kuò)幫長(zhǎng)度達(dá)3.0 m 時(shí)，在擴(kuò)幫頂板安裝若干根超前支護(hù)鋼梁，鋼梁長(zhǎng)度為2.0 m。鋼梁一端與支架前探梁搭接，外露部分采用一排單體液壓支柱進(jìn)行支撐。如圖2。

（5）當(dāng)5#～12#支架前方煤壁全部擴(kuò)幫到位后，采煤機(jī)從尾部斜切進(jìn)刀向頭部割煤。當(dāng)采煤機(jī)上行割煤至12#支架時(shí)及時(shí)回收單體柱及鋼梁，并及時(shí)將支架移架到位。割煤完成后再將采煤機(jī)移至工作面尾部，進(jìn)行下一循環(huán)爆破擴(kuò)幫施工，直至工作面完全過破碎區(qū)。

圖1 8102 工作面冒漏區(qū)吊梁勾頂平面示意圖

圖2 8102 工作面破碎區(qū)炮擴(kuò)循環(huán)回采剖面示意圖

3.3 注意事項(xiàng)

（1）工作面過破碎區(qū)期間，應(yīng)加大工作面機(jī)電設(shè)備檢修維護(hù)力度，保證支架液壓系統(tǒng)完好，防止支架出現(xiàn)跑、冒、滴、漏現(xiàn)象，確保支架在破碎區(qū)具有足夠的初撐力及工作阻力。

（2）工作面應(yīng)采用追機(jī)帶壓移架，控制好工作面采高，保證支架一次移到位，及時(shí)伸出護(hù)幫板，避免反復(fù)升降造成頂板破碎。

（3）工作面冒漏區(qū)吊梁勾頂完成后，應(yīng)隨時(shí)觀察頂板變化情況，并對(duì)冒漏區(qū)有害氣體進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。若冒漏區(qū)瓦斯、一氧化碳出現(xiàn)積聚現(xiàn)象時(shí)，及時(shí)對(duì)高冒區(qū)進(jìn)行羅克休填充封堵。

（4）工作面在爆破擴(kuò)幫施工前，應(yīng)在5#～12#支架前方安裝擋矸簾，防止爆破損壞支架。爆破時(shí)嚴(yán)格執(zhí)行“一炮三檢、三人聯(lián)鎖”放炮制度。

（5）工作面在爆破施工時(shí)，若發(fā)現(xiàn)煤壁片幫深度達(dá)2.0 m 以上，頂板破碎嚴(yán)重難以預(yù)留時(shí)，可對(duì)煤壁施工注漿孔進(jìn)行注漿加固，對(duì)工作面頂板施工撞楔超前支護(hù)進(jìn)行頂板超前維護(hù)。

4 結(jié)束語

通過對(duì)工作面采取“吊梁勾頂+炮擴(kuò)循環(huán)”等綜合頂板控制技術(shù)，在后期回采過程中未發(fā)生頂板冒漏事故，控制了頂板失穩(wěn)現(xiàn)象。工作面端面空頂距由原來的1.3 m 降低至0.27 m，煤壁片幫深度控制在0.4 m 以下，保證了工作面在應(yīng)力破碎區(qū)回采安全，取得了顯著應(yīng)用成效。