綜采工作面過斷層破碎區(qū)頂板控制技術(shù)研究

武艷龍

（西山煤電集團馬蘭礦， 山西 古交 030205）

1 10606 工作面概述

馬蘭礦10606 工作面位于井田南六采區(qū)，兩巷開口均位于南六軌道下山，南六軌道下山西南側(cè)間隔20 m、41 m、69 m 處分別為南六皮帶下山、東二回風大巷延伸及南九進風大巷；皮帶巷開口處西側(cè)實體間隔135 m 處為568 煤田孔，565 鉆孔位于工作面內(nèi)部（皮帶巷1 308 m 處、工作面77 號架）。軌道巷東南側(cè)最小間隔30 m 為10608 工作面采空區(qū)；切眼東北側(cè)實體間隔27～35 m 分別為10507、10509、10505 采空區(qū)，其他方位暫無工程。

10606 工作面設(shè)計走向長度為1 579 m，傾向長度為221 m，工作面回采煤層為二疊系下統(tǒng)山西組02 號煤層，煤層厚度為1.5～2.6 m，平均2.20 m，煤層結(jié)構(gòu)復雜，結(jié)構(gòu)為1.12（0.15）0.93，屬穩(wěn)定可采中厚煤層，普氏硬度為2.0。02 號煤層在斷層面附近受牽引滑動影響，造成局部煤層增厚或變薄，最厚至3.20 m，最薄至0.5 m。

10606 工作面采用走向長壁后退式一次采全高全部垮落綜合機械化的采煤方法，截至2020 年7 月12 日工作面已回采497 m。

2 工作面回采現(xiàn)狀及問題分析

2.1 工作面回采現(xiàn)狀

10606 工作面回采至487 m 處揭露一條F4 正斷層，斷層落差為1.7 m，傾角為52°，斷層從24 號支架前方煤壁揭露，因該斷層向運輸順槽方向揭露，影響工作面回采長度達42 m；受F4 斷層影響，工作面回采至485 m 處時煤壁出現(xiàn)破碎現(xiàn)象，隨著工作面不斷推進，工作面煤壁及頂板出現(xiàn)大面積破碎；當工作面回采至497 m 處時，煤壁片幫長度達22 m，最大片幫深度達1.4 m，導致端面距達1.2 m，端面頂板破碎嚴重，支架移架困難，支架工作阻力及初撐力不足70%。

2.2 工作面圍巖破碎原因分析

F4 斷層侵入后破壞了原煤巖體整體穩(wěn)定性，通過現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)4 斷層侵入后導致斷層前方煤體出現(xiàn)上移，斷層的存在破壞了原煤巖體穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，煤巖體力學結(jié)構(gòu)降低，煤體出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象，同時在斷層帶處煤巖體裂隙發(fā)育，構(gòu)造應(yīng)力、回采應(yīng)力等集中應(yīng)力在裂隙帶處進行卸壓，卸壓過程中對裂隙帶巖體產(chǎn)生擴張破壞作用，導致煤壁片幫、頂板破碎現(xiàn)象的發(fā)生。

10606 工作面在過斷層期間，由于頂板破碎嚴重，頂板承載能力降低，導致液壓支架在破碎區(qū)初撐力及工作阻力達不到設(shè)計值，支架支護強度降低，從而導致頂板下沉破碎等。

3 工作面頂板控制技術(shù)應(yīng)用

為了保證工作面安全快速過F4 斷層影響區(qū)，決定對斷層破碎區(qū)頂板采取“JW 錨索吊棚+管棚超前支護”聯(lián)合支護措施。

3.1 JW 型錨索吊棚支護

1）為了提高端面破碎頂板穩(wěn)定性，防止端面頂板出現(xiàn)下沉、垮落現(xiàn)象，決定對端面破碎頂板施工JW 型錨索吊棚。

2）JW 型錨索吊棚主要由1 根長度為3.5 m、寬度為0.32 m、厚度為4 mm 的JW 型鋼梁以及2 根長度為4.0 m、直徑為17.8 mm 的錨索組成；JW 型鋼梁橫截面成“JW”型，鋼梁承載能力為870 kN。與傳統(tǒng)工字鋼梁相比，JW 型梁具有支護截面積大、支護強度高以及不易變形等優(yōu)點；JW 型鋼梁上焊制2 個錨索支護孔，孔間距為2.0 m。

3）JW 型錨索吊棚施工在1 號—24 號支架前方端面破碎頂板上，吊棚與工作面平行布置，首先在端面破碎頂板施工2 個錨索支護孔，孔間距為1.75 m，鉆孔深度為4.0 m，鉆孔施工完后，在鉆孔內(nèi)安裝2根錨索。

4）錨索安裝完成后，在錨索外露端安裝JW 型鋼梁，并采用鎖具進行預緊，JW 型錨索吊棚間距為1.0 m，排距為1.2 m，相鄰兩排JW 型錨索吊棚呈交錯邁步式布置，具體聯(lián)合支護情況如圖1 所示。

圖1 10606 工作面端面破碎頂板聯(lián)合支護平面示意圖（mm）

3.2 超前管棚支護

1）為了防止工作面回采期間應(yīng)力對工作面前方煤壁造成超前破壞作用，工作面在過F4 斷層期間決定對1 號—24 號支架前方頂板施工一排超前管棚支護，從而對工作面前方頂板進行超前維護。

2）超前管棚支護主要由若干根長度為3.0 m、直徑為30 mm 的鋼管組成；首先采用手持式鉆機在工作面頂板施工1 組支護孔，孔間距為0.5 m，鉆孔深度為3.0 m、直徑為35 mm，鉆孔垂直于煤壁布置。

3）超前支護孔施工完成后，在鉆孔內(nèi)安裝鋼管，超前支護安裝完成后，工作面方可繼續(xù)回采，回采時保證液壓支架頂梁與管棚支護接觸嚴實，超前支護布置排距為2.0 m。

4 結(jié)語

截至2020 年7 月23 日，10606 工作面已回采至570 m 處，工作面完全過F4 斷層帶，馬蘭礦對工作面過F4 斷層期間圍巖破碎機理進行分析，并提出了“JW 錨索吊棚+管棚超前支護”聯(lián)合支護設(shè)計，通過實際應(yīng)用效果來看，采取聯(lián)合支護措施后，工作面在后期過F4 斷層應(yīng)力區(qū)期間，煤壁片幫現(xiàn)象得到了有效控制，片幫深度控制在0.5 m 以下，片幫長度控制在1.5 m 以下，端面距控制在0.4 m 以下，且工作面在后期移架時，支架工作阻力及初撐力提高至92%以上，取得了顯著應(yīng)用效果。