綜采工作面超前應力區支護技術應用

楊 帥

（晉能控股煤業集團鐵峰煤業公司南陽坡礦，山西 大同 037200）

1 南陽坡礦8811工作面概述

晉能控股煤業集團鐵峰煤業公司南陽坡礦8811工作面井下位于408盤區東部，北部為落差65 m斷層；南部為408盤區巷；西部為設計8809工作面；東部為8813備采工作面[1-2]。

8811工作面傾斜長度為180 m，走向長度為1 051 m，工作面回采煤層為5號層，煤層以黑色，半暗煤為主，弱瀝青光澤，夾少量亮煤細條帶，斷口平坦狀，參差狀，裂隙發育，煤層夾有3～4層夾矸，均為泥巖。煤層賦存條件穩定。工作面整體為一向斜構造，中部高，南北底，煤層平均厚度為9.77 m，平均傾角為3°，煤層頂底板巖性如表1所示。

表1 8811工作面5號煤層頂底板巖性

2 工作面回采技術難題

8811工作面采用單一走向長壁后退式綜合機械化放頂煤采煤方法。采用MG650/1630-WD型采煤機及ZF13000/25/38型放頂煤支架，綜合考慮支架高度確保工作面來壓期間立柱收縮后采煤機能夠正常通行，滿足通風、回采率要求，最終采高定位3.5 m。

截至2020年8月11日8811工作面已回采至420 m，8811工作面回采至415 m處時工作面尾部三角處于出現煤壁片幫、頂板破碎現象，且伴隨著回風順槽出現底鼓、兩幫收斂現象，通過現場實測，當工作面回采至420 m處時工作面片幫深度達1.4 m，回風順槽處底鼓量達0.49 m，兩幫收斂量達0.57 m，造成回風順槽成型效果處，局部單體柱倒塌，嚴重制約著工作面安全高效回采。

通過現場勘探發現，8811工作面回采至425 m處時位于工作面尾部揭露一條斷層，斷層落差為1.9 m，傾角為52°，斷層從回風順槽向工作面內延伸，斷層與工作面夾角為47°，斷層侵入后破壞了工作面煤巖體整體穩定性，工作面回采過程中在構造應力、回采應力等集中應力破壞作用下，煤巖體出現破碎、垮落現象。

3 應力超前區支護技術

為了保證8811工作面后期安全回采，決定對回風順槽采取“施工卸壓鉆孔+施工加長玻璃鋼錨桿+安裝矩形鋼棚”聯合支護技術。

3.1 施工卸壓鉆孔

由于工作面過斷層期間，構造應力對煤巖體產生剪切作用，導致煤巖體出現裂隙帶，應力在裂隙帶進行釋放，釋放過程中會對煤巖體產生卸壓破壞作用，所以決定對應力區施工卸壓孔進行應力釋放。

1）采用液壓鉆機配套長度為1.2 m鉆桿以及直徑為65 mm鉆頭進行卸壓孔施工，每排施工兩個卸壓鉆孔，鉆孔布置間距為2.0 m、排距為5.0 m，卸壓鉆孔垂直頂板布置，鉆孔深度為3.0 m，卸壓孔距巷幫間距為1.1 m，如下頁圖1所示；卸壓孔施工后為防止卸壓過程中出現塌孔現象，對卸壓孔安裝護孔管，護孔管長度為2.5 m，共計安裝2根，護孔管兩側均勻布置卸壓小孔。

2）為了確保支架平穩過應力區，需對8811工作面底鼓區進行起底、硬化，采用松動爆破進行起底施工，起底后保證起底區底板平整，起底后對起底處進行混凝土硬化，硬化到位后保證與原巷道設計底板平整。

3.2 施工加長玻璃鋼錨桿

由于受集中應力影響，8811工作面兩幫出現破碎、收斂現象，所以決定對應力區巷幫采取玻璃鋼錨桿以及錨索進行聯合支護。

圖1 8811工作面回風順槽應力區聯合支護斷面示意圖（單位：mm）

1）煤壁側支護：為了保證工作面采煤機正常割煤，決定對煤壁側巷幫施工加長玻璃鋼錨桿支護，玻璃鋼錨桿長度為3.0 m，直徑為25 mm，玻璃鋼錨桿布置排間距為1.0 m，共計施工四排，第一排距頂板間距為0.5 m；錨桿鉆孔采用手持式鉆機進行施工，鉆孔深度為3.0 m，直徑為30 mm，鉆孔施工后采用端頭錨固的方式進行錨注玻璃鋼錨桿，玻璃鋼錨桿外露端安裝一塊直徑為18mm玻璃鋼托盤，并采用螺母進行預緊。

2）非煤壁側支護：對非煤壁側決定采用錨索進行支護，錨索長度為4.0 m，直徑為17.8 mm，共計布置四排錨索，錨索減排較為1.0 m，錨索鉆孔采用專用鉆機進行施工，鉆孔深度為4.0 m，錨索同樣采用端頭錨固方式，錨索錨固后在其外露端安裝一塊長度為0.45 m，寬度為0.25 m鋼托板，并采用鎖具進行預緊。

3.3 矩形工字鋼棚支護

為了提高應力區頂板承載強度，防止頂板應力向兩幫傳遞導致巷幫破碎垮落，決定對巷道架設密集工字鋼棚。

1）工字鋼棚結構：8811工作面回風順槽安裝的工字鋼棚主要由頂梁、棚腿、卡纜、拉桿、底座等部分組成，頂梁及棚腿主要由11號工字鋼梁焊制而成，其中頂梁長度為4.2 m，棚腿長度為3.5 m，頂梁與棚腿之間采用卡纜進行固定；每架鋼棚配套兩根圓鋼拉桿，拉桿長度為1.0 m，拉桿安裝在棚腿上；底座與棚腿之間采用螺母進行固定。

2）安裝工序：矩形鋼棚安裝時應先安裝底座，底座安裝到位后，安裝棚腿，棚腿安裝后安裝頂梁，頂梁安裝到位后保證頂梁與頂板接觸嚴實；鋼棚安裝間距為1.0 m，所有鋼棚安裝后對相鄰兩架鋼棚之間安裝一組拉桿進行固定。

3）安裝注意事項：在安裝鋼棚時底座必須安裝堅硬底板上，必要時可采用地錨將其固定在底板上；在進行鋼棚棚腿安裝時必須保證同一架鋼棚棚腿位于同一水平線上，若巷道頂板不平，為了保證棚腿穩定性，可采用錨桿將棚腿固定在巷幫上。鋼棚棚腿與頂梁采用卡纜進行固定，卡纜固定后必須進行預緊，預緊力不得低于200 N·m；在局部區域若頂板出現破碎，導致鋼棚安裝后頂梁與頂板不接頂時，應采用道木進行背牢[3-5]。

4 結語

2020年8月24日8811工作面已回采至475 m，工作面已完全過斷層區，工作面在過斷層期間通過對回風順槽應力區采取聯合支護技術后，大大提高了圍巖整體穩定性，通過后期現場觀察以及對回風順槽圍巖進行監測發現，采取聯合支護技術后，有效控制了工作面尾部煤壁片幫現象，片幫深度降低為0.5 m，回風順槽圍巖變形情況也得到了有效的改善，巷道底鼓量控制在0.21 m，兩幫收斂量控制在0.25 m以下，頂板下沉量控制在0.12 m以下，未出現頂板破碎、兩幫垮落現象，取得了顯著應用成效。