綜采工作面端面破碎頂板聯合控制技術應用

姚錦飛

（晉能控股煤業集團華陽煤礦， 山西 晉城 048000）

1 15101 綜采工作面概述

晉能控股煤業集團華陽煤礦工作面南側為15煤軌道大巷，東側為15101 運輸順槽，西側為15101回風順槽，北側為井田邊界，靠近礦界4 號點，已留設井田邊界煤柱。北側靠近葦町煤礦,根據交換資料顯示該礦目前開采9 號煤層，副斜井已送至15號煤層。

15101 綜采工作面傾斜長為150 m，走向長為941 m，工作面回采煤層為15 號煤層，煤層平均厚度為2.5 m，煤層厚度變化不大，結構簡單—復雜，含0～5 層夾矸。15 號煤屬穩定可采的中厚煤層，回采范圍內煤層厚度穩定。15 號煤為黑色—灰黑色半亮型煤，似金屬光澤，以條帶—均一結構，粒狀，階梯狀斷口為主，貝殼狀次之，條痕為黑色，裂隙較為發育，常見黃鐵礦充填。根據井田內鉆孔15 號煤層為低灰、特低揮發分、中高流、高固定碳、特高熱值無煙煤二號。

15101 采煤工作面裝備ZT9600/18/35 型、ZT7800/20/42 型端頭液壓支架；ZTC19300/18/35 型、ZTC27500/18/35 型超前支架和ZZ7800/20/42 型液壓 支 架 、SGZ764/320 型 刮 板 輸 送 機 和MG250/600-WD 型采煤機，工作面采煤實行一次采全高開采方式。

2 工作面回采現狀及問題分析

2.1 工作面回采現狀

15101 工作面采用MG250/600-WD 型采煤機割煤時割煤深度為0.8 m，工作面采用一次性移架方式，截止2020 年9 月18 日工作面已回采680 m，工作面回采過程中主要采用液壓支架進行頂板支護，頂巖隨著工作面推進逐漸垮落至采空區內，工作面回采至668 m 處時工作面1 號-17 號支架前方開始出現煤壁片幫現象，片幫量隨著工作面推進逐漸加大，當工作回采至675 m 處時端面頂板伴隨著破碎現象，端面距達1.7 m，液壓支架在破碎區初撐力及工作阻力不足78%，導致工作面回采速度慢、安全系數低，制約著工作面安全高效回采[1-2]。

2.2 主要存在的問題

1）斷層影響：15101 工作面回采至664 m 處揭露一條斷層，斷層從工作面頭部17 號支架向工作面頭部延伸，斷層落差為1.7 m，傾角為45°，為逆斷層，斷層與工作面斜交布置，受斷層影響破壞了工作面煤體連續穩定性，降低了工作面頂板整體承載能力，導致頂板巖體以及煤壁在應力作用下，出現失穩現象，造成端面距破碎、端面距加大以及煤壁片幫等。

2）支架支護強度低：工作面回采過程中主要采用液壓支架對頂板進行支護，支架支護時主要利用頂梁對頂板進行支撐，通過單體柱對頂梁施加支撐作用力，從而實現支護作用；而當頂板出現裂隙或破碎后，支架作用力無法集中作用在完整的巖體上，作用力在破碎巖體里出現釋放，釋放過程中會對裂隙巖體產生一個剪切破壞作用，支架支護效果差，而且加劇了頂板破碎力度。

3）圍巖穩定性差：15101 工作面回采的15 號煤層穩定性差，結構不穩定，工作面在回采過程中受采動影響以及構造應力作用，煤壁出現剝離破壞作用，導致煤壁片幫嚴重；同時工作面之間主要為泥巖及砂巖混合層，巖體整體穩定性差，易破碎，在應力作用下承載強度降低，出現破碎、斷裂現象。

3 端面破碎頂板聯合控制技術

3.1 支護工藝

1）15101 工作面回采至680 m 處時及時調整工作面偽斜，并清理工作面機道內浮煤，將液壓支架前移至工作面，保證工作面端面空頂距控制在0.3 m以下，并打開液壓支架護幫板。

2）采用手持式鉆機在工作面煤壁上施工一排注漿鉆孔，鉆孔布置在1 號-17 號支架前方，鉆孔開口位置距頂板間距為1.5 m，鉆孔直徑為45 mm，深度為5.0 m，鉆孔仰角為45°。

3）支護鉆孔施工完后對鉆孔進行注漿施工，注漿工序為：安裝注漿軟管→安裝注漿泵→膨脹水泥封孔→注漿施工，注漿液采用水玻璃與水泥混合液，配比為1∶8。

4）注漿完成3 h 工作面方可繼續回采，回采時采煤機在該區域切割深度控制在0.8 m 以下，割煤完成后，及時對1 號-17 號支架進行超前移架，及時控制煤壁及頂板破碎現象。

5）注漿完成后在割煤過程中當端面距大于0.5 m時，及時對端面頂板鋪設鋼筋網，鋼筋網采用直徑為8 mm 圓鋼交錯編制而成，網格規格為50 mm×50 mm，鋼筋網長度為1.5 m，寬度為1.2 m，相鄰兩片鋼筋網搭接寬度為0.2 m。

6）鋼筋網鋪設完成后，在鋼筋下方施工一排玻璃鋼錨桿，錨桿長度為2.0 m，直徑為20 mm，錨桿布置間距為1.0 m，錨桿外露端安裝一塊直徑為25 mm玻璃鋼托盤，玻璃鋼錨桿布置排距為1.5 m。

15101 工作面端面破碎頂板支護平面示意圖如圖1 所示。

圖1 15101 工作面端面破碎頂板支護平面示意圖（單位：mm）

3.2 應用效果分析

截止目前15101 工作面已回采到位，通過對工作面過斷層期間頂板采取聯合控制措施后，通過現場觀察發現，聯合支護技術控制了工作面煤壁片幫現象，后期回采過程中，煤壁最大片幫深度不足0.5 m，片幫長度不足1.5 m；同時提高頂板穩定性，控制頂板破碎、斷裂現象，后期回采過程中頂板未出現冒漏以及垮落事故，液壓支架在斷層應力區中初撐力及工作阻力提高至95%以上，防止了因支架支護強度不足導致頂板垮落事故的發生，避免支架倒架、陷架現象[3-5]。

4 結語

晉能控股煤業集團華陽煤礦對15101 工作面破碎頂板采取聯合控制技術后，通過實際應用效果來看，達到了預期的圍巖控制目的，控制了圍巖破碎現象，取得了顯著應用成效，為工作面同類型地質條件提供實踐依據。