綜采工作面端面冒漏區圍巖支護技術

韓國杰

（晉能控股煤業集團朔州煤電王坪煤業有限公司， 山西 懷仁 038300）

1 8307 工作面概況

晉能控股煤業集團朔州煤電王坪煤業有限公司井下303 盤區8307 工作面位于王坪井田東北部，該工作面北部為小峪煤礦417 大巷，南部為設計未掘的8305 工作面，西部為簸箕掌礦界，東部為303 盤區皮帶巷、軌道巷、回風巷。

8307 工作面設計走向長度為1895 m，傾向長度為196 m，工作面回采煤層為8 號煤層，煤層平均厚度為6.0 m，平均傾角為3°，煤層頂底板巖性如表1 所示。

表1 8307 工作面回采的8 號煤層頂底板巖性匯總

8307 工作面采用綜合機械化放頂煤回采工藝，計劃使用原有MG400/920-QWD 采煤機割煤，采煤機截深為0.8 m。工作面采煤高度為3.5 m，放煤高度為2.5 m，截至2020 年12 月21 日工作面已回采650 m。

2 8307 工作面地質構造情況及頂板冒漏機理

2.1 工作面地質構造情況

8307 工作面地質構造相對單一，以中小型斷層為主，工作面在前650 m 回采期間共計揭露了6 條正斷層，平均落差為1.1 m，傾角為52°，其中工作面回采至647 m 處揭露的F6 斷層落差最大，落差為2.1 m，傾角為57°，該斷層對工作面回采影響較大。受該斷層應力影響，工作面在揭露斷層前5.0 m 處頂板出現破碎現象，當工作面揭露斷層時頂板出現冒漏，隨著工作面推進，當工作面回采至650 m 處頂板冒漏區范圍擴大，冒漏高度達2.8 m、寬度達4.2 m，冒漏區整體呈半球形。

2.2 頂板冒漏機理

2.2.1 構造應力影響

8307 工作面受F6 斷層影響，破壞了原煤整體穩定性，導致斷層處煤巖體在空間上出現錯位，造成兩盤煤巖體出現裂隙發育現象。隨著工作面不斷推進，裂隙帶不斷延伸，對原頂板產生剪切破壞作用，破壞了整個頂板整體穩定性，降低了頂板承載能力，而工作面采用采煤機割煤時，割煤深度為0.8 m，在應力作用下煤壁出現片幫現象，片幫后工作面頂板空頂距達到1.7 m，工作面每割一刀煤所用時間為2.5 h，頂板空頂時間長，導致頂板冒漏。

2.2.2 頂煤穩定性差

通過試驗發現，8 號煤層單軸抗壓強度相對較低，煤體單軸抗壓強度不足20 MPa，而8307 工作面采用放頂煤回采工藝，預留頂煤厚度為2.5 m，頂板整體穩定性差。頂板在回采應力、構造應力等集中應力破壞作用下，出現離層、破碎現象。

3 冒漏區頂板控制技術

為了防止8307 工作面冒漏區范圍擴大，保證工作面安全回采，決定對冒漏區頂板采取“注漿+人工假頂”聯合控制技術[1-10]。

3.1 注漿加固

1）通過對冒漏區圍巖采取注漿施工，注漿液能夠快速滲透至圍巖裂隙內，對冒漏區圍巖進行二次重組，提高圍巖整體穩定性。

2）對冒漏區共計施工4 個注漿鉆孔，鉆孔深度為3.0 m、直徑為45 mm，注漿鉆孔施工完成后對鉆孔內埋入注漿軟管，并采用膨脹水泥對孔口進行封堵，然后將注漿軟管與注漿泵進行連接。

3）注漿軟管連接后進行注漿施工，注漿液采用馬麗散與催化劑配比混合液，注漿時注漿壓力為1.5 MPa，注漿期間發現冒漏區圍巖出現漿液滲透時及時停止注漿。

3.2 人工假頂施工

1）首先在冒漏區前后各施工一架錨索吊棚，每架錨索吊棚長度為4.5 m，吊棚主要由1 根工字鋼梁和連根錨索組成，工字鋼梁長度為4.5 m，工字鋼梁上布置兩個錨索鉆孔，鉆孔間距為3.0 m，錨索長度為4.5 m、直徑為17.8 mm，錨索吊棚沿工作面方向布置。

2）錨索吊棚施工完成后在吊棚上方平鋪密集工字鋼梁，共計10 根，工字鋼梁與錨索吊棚之間采用鉛絲進行捆綁，在工字鋼梁上方依次鋪設金屬網、風筒布。

3）待所有工序完成后在鋼梁上方鋪設道木，道木長度根據冒漏區寬度而定，道木寬度為0.15 m。道木鋪設時呈“井”字型布置，道木鋪設到位后與頂板接觸嚴實，具體如圖1 所示。

圖1 8307 冒漏區聯合支護剖面示意圖

4）人工假頂施工到位后，為了采用張拉機具對錨索吊棚進行預緊，保證人工假頂牢固性，人工假頂施工完后須在移架時保證支架帶壓擦頂移架。

3.3 安全技術措施

1）8307 工作面冒漏區支護施工前，為了防止冒漏區出現瓦斯積聚現象，應采用一根直徑為60 mm的風管插入冒漏區內人工排放瓦斯，通過現場監測瓦斯濃度控制在0.5%以下方可繼續施工。

2）由于8307 工作面冒漏區高度大，在進行注漿、施工人工假頂時需在冒漏區下方搭設工作盤。為了保證施工安全，工作盤采用直徑為300 mm、長度為3.0 m 的原木進行搭設，搭設高度為2.5～3.5 m范圍內。

3）注漿施工前應將鉆孔內煤屑清理干凈，注漿時嚴禁冒漏區下方站人，防止注漿管斷裂傷人；注漿鉆孔應布置均勻，保證注漿鉆孔終孔位置位于同一水平面上，注漿完成后在注漿孔附近施工注漿校驗孔，對注漿效果進行檢驗。

4）人工假頂施工時，每根吊棚錨索因采用兩支錨固劑錨固，錨索錨固長度不得低于0.95 m，錨固力不得低于270 kN；在錨索端安裝工字鋼梁時必須與鋼梁處于同一水平面。

5）人工假頂施工完后，為了防止人工假頂區出現瓦斯積聚現象，應對人工假頂內注射羅克休膨脹劑進行填充。

6）人工假頂施工完成后，工作面在回采過程中若出現煤壁片幫、頂板破碎現象，應對工作面迎頭施工一排超前管棚支護，對超前應力區煤巖體進行超前維護，采用長度為3.0 m、直徑為22 mm 玻璃鋼錨桿作為超前支護體，每排施工10 根，超前支護體布置間距為0.4 m。

4 結論

截止2021 年1 月王坪煤礦8307 工作面已過F6 斷層影響區，通過對工作面斷層冒漏區頂板采取“注漿加固+人工假頂”聯合控制技術后，工作面在后期回采過程中未出現頂板冒漏現象。液壓支架在過應力區期間支架初撐力及工作阻力提高至96%以上，保證了工作面安全高效回采，得到了礦領導一致認可，為類似地質條件下工作面回采提供了實踐意義。