回采面超前應力區冒頂支護技術應用

陳鑫鑫

（晉能控股煤業集團生產技術部，山西大同037001）

1 概述

晉能控股煤業集團王家嶺煤業有限公司18102 工作面位于一采區南翼，長1472.5m,寬240m。工作面北部為回風立井井筒，南部為井田邊界保護煤柱，西部、東部為實體煤。掘進巷道不受采空區積水威脅，據目前調查井田內及周邊未發現私自開采的小窯。

18102工作面回采煤層為4#煤層，區內煤層為二疊系山西組，煤巖層總體近南北走向，呈向西傾斜的單斜構造，煤層產狀260°～275°，煤層傾角為4°～9°,平均6°左右，經濟可采厚度為2.3～4.1m，平均3.2m。該巷道延南北走向布置，局部有起伏。結合前期地質鉆孔分析，區內未揭露大型斷層、褶皺等地質構造。以往地質工作和目前采掘活動均未發現本井田巖漿巖侵入現象。煤層頂底板巖性如表1所示。

表1 18102工作面回采的4#煤層頂底板巖性表

2 工作面回采現狀

2.1 回采現狀

18102工作面采用綜合機械化回采工藝，截止目前工作面已回采498m，工作面回采至487m處位于機尾處揭露一條正斷層F7，斷層落差為1.7m，傾角為54°，斷層侵入煤體后，煤體出現失穩現象，主要表現在頂板破碎、煤壁片幫等，在回采過程中通過及時移架、控制空頂距以及減小割煤深度等手段有效控制了圍巖破碎現象。

但是由于受超前應力以及構造應力集中破壞作用，回風順槽頂板出現下沉、離層以及冒漏現象，通過現場觀察發現，工作面在揭露斷層后5.0m 范圍回風順槽頂板出現明顯下沉現象，當工作面回采至495m處時回風順槽頂板出現局部破碎、斷裂，當工作面回采至498m 處時回風順槽超前工作面7～11m 處頂板出現冒漏，冒漏高度為2.4m，冒漏長度為4.0m,寬度為3.5m，冒漏區內圍巖主要以煤及泥巖混合層為主。

2.2 回風順槽原支護設計

18102回風順槽原頂板永久支護主要采用錨桿、錨索、金屬網、W型鋼帶聯合支護：

（1）頂板采用的錨桿長度為2.5m，直徑為22mm，每排布置5根錨桿，錨桿垂直頂板布置，錨桿布置間排距為1.0m，錨桿外露長度控制在10～50mm 范圍內，同一排錨桿外露端安裝一根長度為4.2m“W”型鋼帶。

（2）頂板錨索采用長度為6.3m，直徑為17.8mm 預應力鋼絞線，每排布置3根錨索，錨索獨立布置，錨索布置間距為1.8m，排距為3.0m，錨索外露端安裝一根長度為0.8m工字鋼梁。

2.3 頂板冒漏機理

（1）頂巖穩定性差：18102 回風順槽頂板主要泥巖為主，局部含有4#層煤線，巖體單軸抗壓強度不足30MPa，巖體成層狀結構，整體穩定性差，在回采過程中受應力作用巖體出現剝離破壞作用[1-6]，造成頂板破碎。

（2）集中應用影響：工作面回采過程中受構造應力、回采應力等集中應力影響，工作面頂板出現裂隙發育帶，且隨著工作面推進裂隙區范圍不斷擴大，從而對頂板產生剪切作用，破壞頂板完整性，同時應力在裂隙區進行釋放[7-8]，加劇了裂隙帶范圍擴大，導致頂板冒漏。

（3）支護強度低：原頂板采用的錨桿（索）支護時錨固段受裂隙帶影響，造成錨桿（索）錨固失效現象嚴重[9]，造成支護失效率高，錨桿（索）支護起不到預期支護拱作用，降低了支護效果。

3 冒漏區頂板加強支護技術

為了防止18102回風順槽冒漏區范圍擴大，提高冒漏區頂板穩定性，決定對冒漏區頂板采取注漿、組合錨索以及人工假頂聯合支護。

3.1 注漿支護

通過現場觀察發現，冒漏區頂及附近圍巖產生高密度裂隙從而造成頂板破碎、斷裂，同時也加劇了頂板冒漏范圍擴大，所以決定對冒漏區及附近巖體采取注漿進行加固。

（1）首先對冒漏區附近巖體布置注漿鉆孔，鉆孔施工為主距冒漏區間距為0.5m，鉆孔圍巖冒漏區進行布置，共計布置5個注漿鉆孔，鉆孔垂直頂板布置，鉆孔深度為3.0m，直徑為45mm。

（2）冒漏區附近頂板注漿鉆孔施工完后，對頂板冒漏區內施工注漿鉆孔，由于冒漏高度大，在進行注漿鉆孔施工時需搭設工作盤，冒漏區內共計布置4個注漿鉆孔，鉆孔深度為5.0m，直徑為45mm。

（3）注漿鉆孔施工完后，對鉆孔內進行高壓注漿施工，注漿材料采用聚氨酯有機化學材料，注漿壓力為2.0 MPa。

3.2 組合錨索施工

為了進一步提高冒漏區附近圍巖整體穩定性，在冒漏區前后共計施工兩排組合錨索進行加固。

（1）第一排組合錨索施工在距冒漏區邊緣1.0m，共計布置三組組合，組合錨索布置間距為2.0m，第二排錨索施工在冒漏區另一邊緣1.0m處，同樣布置三組，如圖1所示。

圖1 18102工作面冒漏區支護示意圖

（2）18102回風順槽頂板采用的組合錨索主要由一塊長度及寬度為0.5m，厚度為6mm 的鋼板以及三根錨索組成，鋼板上布置三個錨索鉆孔，鉆孔直徑為30mm的錨索支護孔；組合錨索配備的三根錨索，兩根長度為8.3m，直徑為17.8mm，一根長度為10.3m，直徑為17.8mm。

（3）首先在指定頂板上采用錨索鉆機施工錨索鉆孔，鉆孔施工后對鉆孔內錨注錨索，每根錨索采用三根錨固劑進行錨固，錨索安裝后外露長度控制在0.3m 范圍內，最后對錨索外露端安裝托板并采用鎖具進行預緊，預緊力不得低于290kN。

3.3 人工假頂施工

為了防止冒漏區出現瓦斯積聚現象，決定對冒漏區處施工人工假頂，具體施工工藝如下：

（1）首先在冒漏區下方施工三根錨索吊棚，每架錨索吊棚長度為4.2m，錨索吊棚與巷道垂直布置，吊棚布置間距為2.5m，錨索吊棚主要由一根長度為4.2m 工字鋼梁以及兩根長度為4.5m錨索組成。

（2）錨索吊棚施工完后保證三架吊棚位于同一水平面上且與設計頂板布置間距為0.2m；在三架吊棚上方依次鋪設金屬網以及風筒布，金屬網與吊棚之間采用8#鉛絲進行捆綁。

（3）在金屬網上方搭設道木，道木長度為2.0m，道木之間采用“井”字形布置，道木鋪設到位后必須與冒漏區頂板接觸嚴實；道木鋪設完成后采用張拉千斤對錨索吊棚進行預緊[10]。

（4）為了防止假頂間隙出現瓦斯間距現象，人工假頂施工完后對假頂區采用羅克休進行填充。

4 結束語

截止2021年6月17日王家嶺煤礦18102工作面已回采至540m，工作面已過F7斷層影響區，通過對回風順槽應力區頂板采取注漿、人工假頂等聯合支護技術后，工作面在后期回采過程中冒漏區范圍未出現擴大，冒漏區頂板整體穩定性提高，工作面回采順利過冒漏區，取得了顯著應用成效。