張 磊

（西山煤電集團公司官地礦，山西 太原 030022）

孤島工作面兩端頭共經(jīng)歷三次應力擾動：掘巷期間動力擾動、相鄰工作面回采支撐應力擾動、本工作面回采超前支撐應力擾動。特別是后兩種應力在回采過程中會相互疊加，在工作面兩端頭形成影響范圍長、強度大、變形大的超前支撐壓力，造成圍巖破壞嚴重，頂?shù)装搴蛢蓭鸵平客汲^1m 以上，給頂板管理造成極大的安全隱患[1-2]。孤島工作面兩端頭原始支護與傳統(tǒng)超前支護手段已經(jīng)不能滿足支護要求，表現(xiàn)出錨索斷裂炸開、錨桿失效、鐵梁彎曲，頂板形成局部網(wǎng)兜。本文以官地礦33423 孤島工作面為研究對象，在分析工作面兩端頭破壞機理的基礎上，提出切頂卸壓技術與調(diào)整超前支護控制技術，起到良好效果。

1 工作面概況

官地礦33423 綜采工作面位于北四新區(qū)西北側，是該采區(qū)最后一個工作面，東北側為3#煤北四回風巷、33307 采空區(qū)，西北側為33421 工作面采空區(qū)，東南側為北四新區(qū)皮帶巷、回風巷及采空區(qū)，西南側為北四左翼輔運巷、3#煤皮帶配巷、3#煤回風配巷，上部3.5～5.5m 為32302 等工作面采空區(qū)。該工作面煤層平均厚度3.3m，直接頂為泥巖，平均厚度1.2m，基本頂為細粒砂巖，平均厚度為3.3m。采用北四新區(qū)軌道巷作為采面的副巷，該巷道服務年限已超過5 年，且受到5 個工作面末采影響，變形量極大。

2 孤島工作面兩端頭破壞機理

孤島工作面由于其兩側均為采空區(qū)，在本工作面未采動之前其上覆巖層已形成弧形三角塊結構[3]。這種結構與將要開采的實體煤及其頂板性質都有直接關系，主要由位于實體煤側的巖體A、位于工作面和采空區(qū)交界處的三角塊B 和位于采空區(qū)的塊體C 鉸接而成。如圖1 所示，由于孤島工作面兩側都為采空區(qū)，孤島面兩側巷道的圍巖結構對稱，巷道的應力集中程度要大于一般工作面?？梢钥闯觯毕锏谰幱诨⌒稳前宓膸r塊B 下，受到該巖塊的回轉力矩影響，巷道邊角處極易受到剪切應力發(fā)生變形破壞。

圖1 孤島工作面上部覆巖結構示意圖

通過上述分析，孤島采場頂板應該符合“O-X”型破壞規(guī)則[4-5]，只不過孤島面兩側為采空區(qū)，結構比一般面相對復雜。多層外延擴伸板是孤島工作面采場上方巖體狀況，每層巖板在水平剖面上的破壞都是“O-X”形狀，自開切眼開始，孤島面及其兩邊采空區(qū)頂板整體上構成動態(tài)C 型覆巖結構，如圖2 所示。

圖2 孤島工作面頂板C 型覆巖結構模型圖

可以看出，在回采巷道，特別是工作面上下兩端頭處，上覆巖層結構復雜，互相牽引作用，產(chǎn)生應力疊加效應。同時兩端頭受上覆巖塊B 的回轉運動影響，最終造成變形劇烈，超前支撐應力的范圍也較一般工作面大幅延伸。

3 孤島工作面兩端頭控制技術

根據(jù)上述分析，為了減少兩端頭變形，一方面要對頂板進行切頂，隔斷上覆巖層應力傳遞及巖塊B 對巷道的回轉作用；另一方面要對超前支護參數(shù)重新設計，提高支護強度。

3.1 超前段切頂卸壓技術

（1）施工地點。工作面兩端頭自切眼煤壁外第一排與第二排超前支護中間開始施工，在兩順槽端頭交替施工。

（2）炮眼布置。在距離兩巷保險幫0.2m 處，在距煤幫10m 范圍內(nèi)順巷道軸線方向打設第一排炮眼，炮眼位于兩架超前棚梁之間，眼距為1.0m。距第一排炮眼外0.8m 處打設第二排炮眼，眼距為2.0～3.0m（視直接頂厚度和硬度進行調(diào)整），炮孔方向與頂?shù)装宕怪本€夾角為15 度，偏向保險幫?？拙?m，孔深為17m（穿透2#煤直接頂，打入基本頂1.5m），孔徑為Φ65mm。炮眼布置圖見圖3。

圖3 兩巷超前頂板預裂炮眼布置示意圖

（3）在鉆孔施工過程中，要采用坡度儀準確定位炮孔角度，炮孔角度充許偏離±0.5°。在鉆孔時盡量將孔內(nèi)煤渣排除。

（4）裝藥采用礦用三級煤礦許用炸藥，煤礦許用毫秒延期電雷管引爆。深孔爆破由于炮孔較深，為了防止殘炮、拒爆現(xiàn)象，需采用阻燃防靜電凹槽被筒，每節(jié)被筒2m 長。先將炸藥裝入被筒內(nèi)，再向炮孔內(nèi)填送炸藥，在每一節(jié)炸藥填入孔內(nèi)的同時，將雷管塞入凹槽被筒內(nèi)。

（5）封孔要求。炮孔封孔長度不低于10m，封孔采用深孔爆破專用的黃土封泥袋，封泥袋直徑50mm，每節(jié)長500mm。根據(jù)經(jīng)驗，干燥黃土封泥效果比濕潤的更好，可加入適量干水泥，按黃土與水泥5:1 比例進行混合，提前安排工人將黃土填裝入封泥袋內(nèi)，爆破時運至施工地點。

（6）聯(lián)線。采用串聯(lián)方式，必須一次起爆，放炮必須使用發(fā)爆器與絕緣母線，絕緣母線必須完好無破口，放炮母線直線段距離必須拉足100m，每班由專職爆破工使用一臺發(fā)爆器操作起爆。

（7）放炮后，要在保險幫側炮眼下及時加打戴帽點柱，柱帽采用400mm 長短π 梁，方向與巷道軸線平行。液壓單體必須穿鐵鞋并用鋼絲繩連接好，初撐力達標。

3.2 調(diào)整超前支護參數(shù)

（1）正巷在距工作面煤壁25m 范圍內(nèi)必須進行超前支護，副巷在距工作面煤壁30m 范圍內(nèi)必須進行超前支護。

（2）副巷距煤幫15m 范圍內(nèi)在超前支護下支設中間柱，構成一梁三柱以加強支護，棚距為1.0m。正巷距煤幫10m 范圍內(nèi)靠轉載機邊支設中間柱。

根據(jù)孤島工作面兩端頭超前支撐壓力影響范圍及強度特征，調(diào)整工作面超前支護方式如圖4 所示。正副巷在距工作面煤壁100m范圍內(nèi)進行超前支護，支護使用液壓單體與π 型套棚支護，每組棚使用兩架單體棚并列支護，單體初撐力達標并穿鐵靴，以提高支護頂板面積及強度。每組棚距為1.0m，單體棚采用一梁四柱，保證行人通道0.8m。

圖4 超前支護參數(shù)調(diào)整示意圖

4 控制效果

工作面回采至350m 處，兩巷變形較為劇烈，采取上述加強支護措施。在副巷100m、200m、300m 處分別設置3 個圍巖變形觀測點，每2d 使用十字布點法對巷道變形量進行統(tǒng)計，通過對3 個測點巷道收斂量進行統(tǒng)計分析比較，結果如圖5 所示。

圖5 布設測點在加固前后底鼓量變形曲線圖

從圖中可以得出：

（1）在未加強支護前，隨工作面的推進，不同測點的底鼓量均呈現(xiàn)指數(shù)增長形式，最大變形量達到480mm，占頂?shù)装逡平康?5%。此時巷道變形劇烈，必須進行整巷后方能繼續(xù)生產(chǎn)，且越靠近工作面，受采動影響越明顯，底鼓量也越大。

（2）當加強支護后，隨工作面的推進，底鼓量仍呈指數(shù)形式增長，但不同測點的底鼓量均大幅降低，最大變形量為210mm，僅為施工前的31.8%。

（3）加強支護后，頂板下沉量由前20d 的160mm 降低至后20d 的49mm，減少了69%；兩幫移近量由前20d 的131mm 降低至后20d 的96mm，減少了26.7%。

5 結論

（1）基于采空區(qū)頂板“O-X”型斷裂形式，建立了孤島工作面上覆巖層結構模型，得出孤島面及其兩邊采空區(qū)頂板整體上構成動態(tài)C 型覆巖結構。在回采巷道，特別是工作面上下兩端頭處，上覆巖層結構復雜，互相牽引作用產(chǎn)生應力疊加效應，兩端頭受上覆巖塊B 的回轉運動影響，造成變形劇烈，超前支撐應力范圍也較一般工作面大。

（2）采用超前切頂卸壓技術和調(diào)整超前支護參數(shù)，實現(xiàn)了孤島工作面兩端頭的有效控制，效果良好。