綜采工作面過斷層頂板控制技術

韓 鵬

（晉能控股煤業集團雁崖煤業大同有限公司，山西 大同 037031）

綜采工作面回采期間過地質構造區時，受回采應力、構造應力等多重應力作用，工作面煤壁及頂板出現裂隙發育現象。且隨著裂隙帶延伸，破壞了煤壁及頂板穩定性，很容易發生頂板冒落事故。一旦頂板出現冒漏后，破壞了頂板承載梁結構，頂板穩定性降低。隨著工作面不斷推進，冒漏區范圍不斷擴大，傳統采煤工作面主要采用液壓支架進行頂板支護，當支架過冒漏區時造成支架頂梁與冒漏區頂板之間出現鏤空現象，不僅降低了支架支護效果，而且冒漏區對支架產生漏垮型破壞作用，嚴重威脅著工作面安全高效回采。本文以8311 工作面為例，對工作面冒漏區頂板提出并實施了合理有效的圍巖控制技術[1-5]。

1 概述

雁崖煤業公司塔山三盤區8311 工作面位于三盤區西翼，工作面西部為井田邊界，北部為實煤區，東部為西翼盤區大巷，南部為8312 工作面，如圖1所示。

圖1 8311 ?工作面平面布置示意圖

8311 工作面設計走向長度為900 m，傾向長度為210 m。工作面回采煤層為山西組4#煤層，山4#煤層為半亮型、暗淡型煤，塊狀。本煤層屬復雜結構煤層，總厚度為2.0～3.60 m，平均厚度為2.80 m，煤層中普遍含有1 層夾石，局部含有2 層夾石，夾石巖性為灰黑色砂質泥巖、黑色泥巖、灰褐色高嶺巖。4#煤層無偽頂，直接頂主要以炭質泥巖為主，具體見表1。

表1 8311 工作面頂底板巖性情況表

8311 工作面采用走向長壁后退式回采工藝，采用垮落法管理頂板，截至2020 年3 月11 日工作面已回采至740 m。

2 工作面回采情況及分析

2.1 工作面地質情況

8311 工作面地質構造相對單一，主要以中小斷層為主。工作面在前700 m 回采期間共計揭露8 條正斷層，斷層平均落差為0.8 m，平均傾角為52°。回采期間工作面頂板局部出現破碎現象，但對工作面回采影響不大。工作面回采至735 m 處揭露一條F8 正斷層，斷層從工作面17#支架向運輸順槽方向延伸，斷層落差為1.4 m，傾角為57°，斷層對工作面影響長度為32 m，如圖2 所示。

圖2 8311 工作面F8 斷層布置平面示意圖（mm）

2.2 回采現狀

8311 工作面采用德國艾柯夫SL300 型采煤機割煤，采煤機截深為0.8 m。工作面回采至735 m 處位于17#支架前方煤壁揭露F8 斷層，隨著工作面推進，從17#～1#支架方向逐漸揭露斷層。8311 工作面采用強行破巖法過F8 斷層。

8311 工作面揭露F8 斷層后工作面煤壁出現局部片幫現象，同時伴隨著端面頂板破碎現象。當工作面回采至737 m 處位于14#～12#支架前方端面頂板出現第一次冒漏，冒漏高度為1.2 m，冒漏區成半球形狀，冒漏區頂板主要以煤與巖體混合層為主。頂板冒漏后工作面采用帶壓擦頂移架，但是由于冒漏區圍巖穩定性差，支架在冒漏區出現不接頂現象，且受構造應力持續破壞作用，導致冒漏區控制效果差。當工作面回采至740 m 處時頂板冒漏區范圍不斷擴大，冒漏高度達1.7 m，端面距達2.1 m，煤壁最大片幫深度達2.6 m。

2.3 頂板冒漏機理

（1）地質構造影響。8311 工作面揭露F8 斷層后，斷層破壞了原煤巖層穩定結構，同時工作面回采期間構造應力及回采應力在斷帶處進行應力釋放，造成斷層兩盤處巖體產生裂隙擴張破壞作用。隨著斷層不斷揭露，應力對圍巖破壞性越強，導致煤壁出現片幫，端面距加大，當工作面回采后未及時移架，斷面空頂支護滯后時，頂板出現冒落。

（2）圍巖穩定性差。8311 工作面回采的4#煤層屬于石炭系煤層，煤層穩定性差，結構復雜易破碎。4#煤層直接頂主要以泥巖與煤層混合層為主，巖體單軸抗壓強度不足25 MPa，層狀結構，工作面煤壁及頂板在應力作用下破壞了煤巖體承載結構，煤壁出現片幫，頂板出現破碎現象。隨著頂板破碎區范圍不斷擴大，頂板出現冒漏。

（3）支護強度低。由于傳統工作面主要采用液壓支架對頂板進行控制維護，當工作面頂板出現冒漏后，液壓支架在冒漏區出現不接頂現象，支架工作阻力降低，造成支架不能及時對冒漏區下沉、斷裂以及破碎圍巖進行有效支護，從而造成冒漏區范圍不斷擴大。

3 冒漏區聯合控制技術

3.1 人工假頂施工

為了提高工作面冒漏區頂板穩定性，保證支架過冒漏區時支架頂梁與頂板接觸嚴實，決定對8311工作面施工人工假頂。

（1）由于工作面回采740 m 處時頂板沿工作面傾向方向冒落長度達3.2 m，沿走向冒落長度達2.1 m，首先在工作面12#～14#支架前探梁0.15 m 處施工一根錨索吊棚，吊棚長度為3.5 m，吊棚施工后距頂板間距為0.4 m；第二架錨索吊棚施工在距煤壁0.15 m 處頂板上，兩架吊棚布置間距為1.8 m。

（2）兩架錨索吊棚施工完后，在吊棚上方沿工作面走向方向依次鋪設4 根長度為2.0 m 工字鋼橫梁，橫梁布置間距為1.0 m，橫梁與吊棚之間采用卡纜進行固定。

（3）橫梁鋪設完成后在后梁上方依次鋪設金屬網、油布以及道木，道木鋪設時成井字形布置，如圖3 所示。道木鋪設完成后必須保證道木與漏頂區頂板接觸嚴實，最后采用打壓鉆具對兩架錨索吊棚預緊。

圖3 8311 工作面端面冒漏區聯合支護示意圖（mm）

（4）人工假頂施工完后，為了保證假頂與冒漏區圍巖能夠充分膠結在一起，提高圍巖穩定性，同時避免人工假頂間隙處出現瓦斯積聚現象，決定對人工假頂處注入羅克休膨脹劑。

3.2 注漿支護

為了控制煤壁片幫現象以及防止應力作用導致工作面前方頂板出現超前破碎現象，人工假頂施工完后對工作面煤壁及頂板進行注漿施工。

（1）注漿鉆孔布置在10#～16#支架前方煤壁上，鉆孔深度為6.0 m，直徑為45 mm，鉆孔開口位置距頂板間距為1.3 m，鉆孔仰角為30°。注漿鉆孔施工完后對鉆孔內安裝注漿軟管，并采用止漿塞進行封孔。

（2）注漿鉆孔施工完后依次對鉆孔進行注漿施工，注漿液采用水泥與水玻璃混合比為1:2 的混合漿液，注漿壓力為1.8 MPa。水泥漿液相比聚氨酯、馬麗散雖然滲透能力低，凝固時間長，但是放熱量小，成本費用低。

（3）8311 工作面每天檢修班進行注漿施工，煤壁注漿3 h 后工作面方可繼續回采。當注漿完成后工作面割煤5.0 m 時進行第二排注漿施工，以此類推，直至工作面完全過斷層區。

3.3 JW 型錨索梁棚支護

為了加強斷層帶附近頂板穩定性，工作面在回采過程中對斷層影響區施工邁步式JW型錨索梁棚。

（1）工作面回采后當端面距達1.0 m 時及時在支架前探梁前方頂板施工一排JW 型錨索梁棚。JW型錨索梁棚主要由JW 型鋼梁和恒阻錨索組成，鋼梁長度為3.0 m，寬度為0.32 m，JW 型鋼梁最大承載能力為655 MPa，每根鋼梁采用2 根錨索安裝固定。為了便于工作面回采后直接頂垮落，錨索長度確定為3.0 m，直徑為17.8 mm。

（2）錨索梁棚施工在1#～14#支架前方，錨索梁棚布置間距為1.0 m，相鄰兩排錨索梁棚布置排距為1.5 m，且成邁步式布置。

4 結語

2020 年3 月11 日夜班開始對工作面冒漏區架設人工假頂，3 月12 日夜班人工假頂架設完成，3月13 日早班進行注漿施工，3 月13 日夜班進行回采。截至2020 年3 月22 日工作面已回采至785 m 處且已完全過斷層影響區。對工作面冒漏區頂板采取聯合支護技術后，通過后期回采期間現場觀察發現，冒漏區范圍得到有效控制，后期回采過程中未出現冒漏現象，端面距控制在0.6 m 以下，煤壁片幫深度控制在0.7 m 以下，取得了良好效果。