綜采工作面過斷層圍巖支護技術應用

張雁宙

（晉能控股煤業集團地煤公司益晟煤業公司，山西 大同 037000）

1 益晟煤業公司8305 工作面概述

晉能控股煤業集團地煤公司益晟煤業公司8305 工作面位于303 盤區的南部，西部為303 盤區首采工作面，現已采空，兩工作面之間留設20 m 煤墻，東部和南部為實體煤，北部為303 盤區集中巷。該工作面上覆11-3 號層和7 號層為采空區，有火層巖在2305 運輸巷右幫穿過。

8305 工作面走向長度為300 m，傾向長度為120 m，工作面回采煤層為侏羅紀大同組13-2#層煤，煤層平均厚度為2.0 m，平均傾角為4°，8305 工作面采用綜合機械化回采工藝，截至2021 年2 月18 日，8305 工作面已回采160 m。

8305 工作面回采至158 m 處位于工作面12 號-37 號支架處揭露一條F6 斷層，斷層落差為1.9 m，傾角為47°，受斷層影響，工作面回采至154 m 處時工作面出現局部煤壁片幫現象，當工作面揭露斷層時位于12 號-37 號支架前方端面距達1.7 m，煤壁出現大面積片幫現象，片幫長度為16 m，最大片幫深度為1.3 m，端面頂板破碎嚴重。

2 頂板破碎機理

1）圍巖穩定性差。8305 工作面回采的13-2#層煤直接頂主要以炭質泥巖及砂巖混合巖層為主，巖層結構復雜，巖層抗壓強度相對較低，通過單軸抗壓實驗發現，工作面頂板巖體巖石普氏系數f＜2.0，巖體在應力作用下出現斷裂、破碎現象，從而導致頂板承載能力降低。

2）煤壁片幫嚴重。由于工作面回采的13-2#層煤結構復雜，穩定性差，工作面在回采過程中受回采應力、構造應力等影響，工作面煤壁出現破碎、片幫現象，導致工作面端面距加大，端面頂板失穩現象。

3）應力破壞作用。F6 斷層破壞了工作面煤巖體連續穩定性，構造應力在斷層帶處產生卸壓破壞作用，導致斷層兩盤煤巖體產生高密度裂隙帶，且隨著工作面推進，裂隙帶向工作面頂板延伸，從而導致頂板破碎嚴重。

4）支護強度低。由于工作面頂板破碎嚴重，液壓支架在破碎頂板處支護強度低，無法對上覆不穩定巖體進行有效支護，導致頂板在重力作用下下沉、離層等，降低了頂板穩定性[1-2]。

3 工作面破碎頂板聯合支護技術

為了保證工作面安全快速過斷層應力區，工作面回采至160 m 處時對工作面煤壁及頂板采取“梯形梁棚+注漿”聯合支護技術。

3.1 梯形梁棚支護技術

1）支護作用：通過對端面頂板施工梯形梁棚支護，一方面提高端面頂板整體穩定性，控制頂板垮落破碎現象，另一方面對端面頂板施工梁棚支護后，保證后期工作面移架時，支架具有足夠的工作阻力，保證液壓支架支護效果。

2）支護結構：8305 工作面端面頂板施工的梯形梁棚支護主要由錨索、梯形梁棚組成，每架梁棚支護配套兩根長度為4.5 m，直徑為17.8 mm 錨索；梯形梁由5 根長度為3.5 m，直徑為20 mm 圓鋼焊接而成，梯形梁長度為3.5 m，寬度為0.5 m，在梯形梁上焊制兩個長度及寬度為0.3 m 鋼板，鋼板上焊制一個直徑為25 mm 錨索支護孔，鋼板間距為2.5 m。

3）支護工序：首先在12 號—37 號支架前方端面破碎頂板施工一組錨索鉆孔，鉆孔間距為2.5 m，鉆孔深度為4.5 m，鉆孔施工完后對鉆孔內錨注錨索，錨索外露長度控制在0.3 m 范圍內；錨索施工完后在錨索外露端安裝一架梯形梁，并采用鎖具進行預緊，梯形梁棚支護間距為1.5m，排距為1.0m，如下頁圖1 所示。

圖1 8305 工作面斷層破碎區圍巖聯合支護斷面示意圖

3.2 注漿支護

1）為了控制煤壁片幫現象，提高煤巖體膠結穩定性，防止應力作用導致工作面圍巖超前破壞，決定對工作面煤壁及頂板采取超前深孔注漿施工。

2）深孔注漿孔布置在工作面煤壁上，距頂板間距為1.2 m，鉆孔深度為7.0 m，鉆孔直徑為42 mm，鉆孔間距為3.0 m，鉆孔以30°仰角布置。

3）注漿鉆孔施工完后對鉆孔內埋入一根直徑為20 mm 注漿軟管，并在鉆孔孔口處安裝一個長度為0.5 m 封孔器，注漿軟管與專用注漿泵連接，然后進行注漿施工，注漿采用聚氨酯黏接劑，該注漿材料與傳統水泥砂漿相比，具有漿液滲透能力強、黏接效果好等優點。

4）注漿施工時注漿壓力控制在2.0 MPa 范圍內，單孔注漿量為25 kg，注漿施工期間當煤體出現漿液滲透時立即停止注漿[3-5]。

4 實際應用效果分析

8305 工作面回采至158 m 處時對工作面煤壁及頂板采取聯合支護技術，截止2021 年2 月27 日工作面已回采至204 m，且工作面已完全過F6 斷層影響帶，通過對工作面破碎圍巖采取聯合支護技術后，工作面在后期回采過程中頂板及煤壁破碎現象得到了有效控制，通過現場觀察發現頂板端面距控制在0.5 m 以下，煤壁最大片幫長度為2.4 m，最大片幫深度為0.7 m，液壓支架在過應力區時初撐力及工作阻力提高1.2 倍。

5 結語

晉能控股煤業集團地煤公司益晟煤業公司綜采隊對8305 工作面過斷層期間圍巖破碎原因進行合理分析，并及時采取合理有效的控制措施，通過實際應用效果來看，聯合控制措施提高了斷層區圍巖穩定性，控制煤壁片幫及頂板破碎現象，滿足工作面安全高效回采要求，具有顯著應用成效。