綜放工作面端面破碎頂板控制技術(shù)應用

許 起

（長春興煤業(yè)有限公司，山西 大同 037101）

綜放工作面在回采過程中受回采應力、構(gòu)造應力等多重應力作用，導致端面頂板出現(xiàn)破碎、裂隙自己煤壁大面積片幫現(xiàn)象，而綜采工作面主要采用液壓支架進行頂板控制維護，當頂板出現(xiàn)裂隙松動圈時，液壓支架對裂隙頂板支護很容易造成頂板二次破壞作用，導致頂板破碎加劇、頂板冒漏等，液壓支架在破碎、冒漏區(qū)頂板支護使支架易出現(xiàn)倒架、陷架現(xiàn)象；本文以長春興煤礦601工作面為研究對象，對工作面過斷層期間端面破碎煤頂提出了合理有效的聯(lián)合控制技術(shù)，力求保證綜放工作面安全快速回采。

1 概述

1.1 工作面簡介

長春興煤業(yè)有限公司601工作面位于井田南盤區(qū)，工作面設(shè)計走向長度為1680m，傾向長度為230m，工作面回采煤層為22#層平均厚度為9.5m，平均傾角為2°，601工作面采用綜合機械化放頂煤回采工藝。

工作面回采至450m處位于工作面14#～48#支架前方煤壁揭露一條F5斷層，斷層落差為1.9m，傾角為45°，斷層對工作面回采影響較大，當工作面揭露斷層后受斷層應力影響，工作面頂板出現(xiàn)破碎、斷裂現(xiàn)象，且伴隨著煤壁片幫現(xiàn)象，煤壁最大片幫長度為6.7m，片幫深度達2.4m，嚴重威脅著工作面安全回采。

1.2 頂板破碎機理

通過現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，601工作面出現(xiàn)端面破碎、煤壁片幫現(xiàn)象，主要由以下幾方面原因：

（1）頂煤穩(wěn)定性差：601工作面回采煤層為22#層，煤層厚度為9.5m，工作面采用放頂煤回采工藝，預留頂煤厚度為6.0m，頂煤結(jié)構(gòu)相對復雜，煤層穩(wěn)定性差，工作面回采后頂煤與直接頂之間出現(xiàn)離層現(xiàn)象，工作面回采后頂煤承載能力降低，頂煤承載梁結(jié)構(gòu)遭到破壞，導致頂煤破碎現(xiàn)象。

（2）地質(zhì)構(gòu)造影響：601工作面受F5斷層影響，破壞了工作面煤巖體連續(xù)穩(wěn)定性，在斷層帶附近煤巖體出現(xiàn)裂隙發(fā)育現(xiàn)象，構(gòu)造應力在斷層裂隙帶出現(xiàn)卸壓現(xiàn)象，卸壓過程中對煤巖體產(chǎn)生張拉作用，造成煤巖體出現(xiàn)破碎現(xiàn)象。

（3）煤壁穩(wěn)定性差：由于受斷層影響，煤壁出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象，導致煤壁垮落，從而降低了煤壁對頂板支撐強度，導致端面頂板出現(xiàn)斷裂，甚至出現(xiàn)超前破碎現(xiàn)象。

2 破碎頂板聯(lián)合控制技術(shù)

2.1 圍巖注漿加固

為了提高斷層帶處煤壁及頂煤整體穩(wěn)定性，決定在斷層處對圍巖進行注漿加固，在注漿前通過對端面破碎頂板進行施工窺視孔，對頂板圍巖進行觀察，窺視孔深度為10m，直徑為30mm，通過窺視發(fā)現(xiàn)，在頂板往上0～2.0m范圍內(nèi)煤體嚴重破碎，巖體單軸抗壓強度不足10MPa，所以重點對該區(qū)域進行注漿加固。具體注漿施工如下：

（1）注漿鉆孔布置：工作面揭露斷層后及時對機道處煤矸進行清理，并將支架移至煤壁處，并打開護幫板，然后在工作面片幫煤壁施工一排注漿鉆孔，鉆孔距頂板間距為1.5m，鉆孔間距為3.0m，共計布置15個注漿鉆孔，鉆孔以45°上山角布置。

（2）注漿埋管：注漿鉆孔施工完后及時對鉆孔內(nèi)煤屑清理干凈，然后對鉆孔內(nèi)埋入注漿管，注漿管長度為5.0m，直徑為20mm，注漿管為無縫鋼管，鋼管底端焊制直徑為8mm注漿射孔。

（3）封孔：由于鉆孔為仰斜鉆孔，為了提高注漿效果，注漿管安裝完后對孔口處進行封孔處理，采用膨脹水泥與紗布聯(lián)合封孔，封孔深度為0.5m，封孔2h后待膨脹水泥完全凝固后方可注漿。

（4）注漿施工：注漿液采用馬麗散與催化劑混合液，采用專用風動注漿泵進行注漿施工，注漿壓力為2.5MPa，單孔注入馬麗散漿液量為40kg，注漿3h后工作面方可繼續(xù)回采。

2.2 撞楔超前支護

為了實現(xiàn)工作面前方2～5m范圍內(nèi)煤體超前支護作用，決定對斷層處煤壁頂板施工一排撞楔超前支護。

（1）為了提高超前支護韌性，決定采用玻璃鋼錨桿作為支護體，玻璃鋼錨桿長度為3.5m，直徑為30mm。

（2）首先采用手持式鉆機在煤壁頂板施工一排支護鉆孔，鉆孔深度為3.2m，直徑為32mm，鉆孔間距為1.6m，為了防止超前支護越限現(xiàn)象，支護鉆孔以3°仰角布置，如圖1所示。

圖1 601工作面端面破碎頂板聯(lián)合支護平面示意圖（單位：mm）

（3）超前支護孔施工完后對鉆孔內(nèi)塞入兩支錨固劑，然后對玻璃鋼錨桿進行錨注，錨注后保證錨桿錨固合格且錨桿外露長度控制在0.15～0.20m。

（4）同一排撞楔超前支護施工完后，工作面方可回采，在回采過程中將液壓支架頂梁與支護體緊密接觸，當工作面往前推進3.0m后施工第二排超前支護，依次類推直至工作面完全過斷層破碎區(qū)。

3 圍巖控制效果分析

（1）601工作面破碎頂板采取注漿加固后，分別對注漿區(qū)巖體以及非注漿區(qū)巖體采樣并進行單軸抗壓試驗對比分析發(fā)現(xiàn)，注漿前斷層帶處巖體平均單軸抗壓強度不足10MPa，注漿后巖體平均單軸抗壓強度為37.9MPa，巖體抗壓強度提高了3倍，注漿后有效提高了斷層區(qū)圍巖整體穩(wěn)定強度，控制頂板斷裂、垮落現(xiàn)象。

（2）通過對601工作面施工撞楔超前支護后，密集支護體形成組合梁結(jié)構(gòu)，對工作面前方破碎煤巖體實現(xiàn)超前支護作用，有效控制了工作面煤體受構(gòu)造應力影響出現(xiàn)超前破碎現(xiàn)象。

（3）截止2020年8月601工作面已回采至520m處，通過對過斷層期間頂板、煤壁采取聯(lián)合支護技術(shù)后，工作面在后期回采過程中通過現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，采取聯(lián)合控制技術(shù)后，在后期回采過程中未發(fā)生頂板冒漏事故，煤壁片幫現(xiàn)象得到了有效改善，片幫距降低至0.6m。

4 結(jié)束語

煤壁片幫、端面破碎嚴重威脅著安全回采，采取合理有效的控制技術(shù)對工作面安全高效回采具有重要意義；長春興煤礦根據(jù)601工作面端面破碎機理，采取注漿加固以及超前支護聯(lián)合控制措施，實現(xiàn)了有效控制斷層應力區(qū)圍巖的目的，防止了因構(gòu)造應力影響出現(xiàn)頂板事故，取得了顯著應用成效。