歐陽亞琮

（晉能集團(tuán)煤炭生產(chǎn)管理局，山西 太原 030001）

1 概況

山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)盛泰煤礦15204 工作面位于二采區(qū)北部，東部為15203 采空區(qū)，西部20 m 為準(zhǔn)備面15205 回風(fēng)順槽，南面為實(shí)體煤，北部為西翼回風(fēng)大巷、膠帶大巷、軌道大巷。15204 工作面設(shè)計走向長度2500 m，傾向長度為200 m。工作面回采15#煤，煤層平均厚度3.2 m。15#煤層頂板有一層0.7 m 泥巖偽頂，直接頂以砂質(zhì)泥巖為主，平均厚度7.2 m，基本頂為K2 灰?guī)r，平均厚度11.3 m。

15204 工作面采用綜采工藝。工作面回采至720 m 處位于回風(fēng)巷側(cè)頂板出現(xiàn)局部破碎現(xiàn)象，隨著工作面推進(jìn)，至741 m 處時煤壁片幫嚴(yán)重，端面距達(dá)1.4 m，頂板出現(xiàn)冒落，頂板冒落高度為1.2 m，冒落長度為1.9 m，寬度為1.3 m。對冒落區(qū)采用頂板搭梁進(jìn)行維護(hù)，但搭梁后支架無法對冒落區(qū)頂板直接進(jìn)行支撐，冒落區(qū)維護(hù)難度大。當(dāng)工作面推進(jìn)至750 m 處出現(xiàn)第二次冒落，冒落范圍擴(kuò)大，冒落高度達(dá)2.7 m，冒落長度為3.2 m，寬度為1.8 m，嚴(yán)重威脅著工作面安全高效回采。

2 工作面頂板冒落原因分析

（1）采空區(qū)影響。15204 工作面東部與15203采空區(qū)間隔煤柱寬度20 m，受15203 采空區(qū)殘余應(yīng)力影響，15204 回風(fēng)巷頂板穩(wěn)定性差，頂板巖體裂隙發(fā)育，工作面回采過程中裂隙向工作面煤體內(nèi)延伸，破壞了煤體及頂板整體完整性，造成煤壁片幫嚴(yán)重、端面距加大。同時，由于15204 工作面長度為200 m，工作面采用一次性移架方式，增加了端面空頂時間，端面頂板裂隙巖體失穩(wěn)，導(dǎo)致頂板破碎垮落。

（2）斷層構(gòu)造影響。工作面回采至762 m 處位于回風(fēng)巷側(cè)揭露一條F4 正斷層，斷層落差1.4 m，傾角為67°，斷層以57°方位角從15203 采空區(qū)側(cè)向工作面煤體內(nèi)延伸。受F4 斷層影響，工作面直接頂出現(xiàn)斷裂錯位。當(dāng)工作面回采至740 m 處時在斷層構(gòu)造應(yīng)力、超前回采應(yīng)力等影響下，斷層裂隙帶處出現(xiàn)卸壓區(qū)，應(yīng)力在卸壓區(qū)釋放時對斷層兩側(cè)煤巖體產(chǎn)生剪切破壞作用，導(dǎo)致煤巖體破碎。隨著工作面不斷揭露斷層，頂板破碎現(xiàn)象加劇，造成頂板冒落。

（3）直接頂巖體力學(xué)性質(zhì)影響。15204 工作面直接頂主要以砂質(zhì)泥巖為主，該巖體巖石普氏系數(shù)f=3.0，巖體呈層狀脆性，在集中破壞應(yīng)力作用下巖體抗壓強(qiáng)度低，形成的頂板連續(xù)梁穩(wěn)定性差，易變形、破碎。當(dāng)工作面出現(xiàn)煤壁片幫且移架不及時時，端面距加大，極易出現(xiàn)破碎、冒落。

3 工作面頂板冒落區(qū)綜合治理技術(shù)

為了防止15204 工作面高冒區(qū)范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，加強(qiáng)冒落區(qū)附近煤巖體頂板穩(wěn)定性，加快工作面快速回采，決定對冒落區(qū)采取“人工假頂+注漿加固+柔性自鎖超前支護(hù)”綜合治理技術(shù)。15204 工作面冒落區(qū)聯(lián)合治理技術(shù)施工斷面圖如圖1。

3.1 人工假頂

（1）在冒落區(qū)域附近施工三根錨索吊棚，每架吊棚由兩根長度為5.0 m、直徑為21.8 mm 錨索以及一根長度為3.5 m、寬度為0.15 m 槽鋼組成。錨索吊棚與工作面煤壁平行布置，吊棚排距為1.0 m。錨索吊棚施工完后，吊棚與巷道頂板面齊平。

（2）錨索吊棚施工完后，在吊棚上方依次鋪設(shè)風(fēng)筒布、鋼筋網(wǎng)（共計4 片）、方木。方木鋪設(shè)時呈“井”型布置，方木鋪設(shè)過程中必須搭接牢固可靠，半圓木鋪設(shè)到位后必須與頂板接觸嚴(yán)實(shí)。

（3）為了防止人工假頂間隙處出現(xiàn)瓦斯積聚，人工假頂施工完成后，對假頂處進(jìn)行注漿封堵。封堵采用羅克休化學(xué)填充發(fā)泡劑，主要為樹脂與催化劑以4:1 比例混合而成，具有反應(yīng)速度快、膨脹率高、硬度高等優(yōu)點(diǎn)。

3.2 注漿加固

頂板發(fā)生冒落后應(yīng)力通過冒落區(qū)進(jìn)行卸壓，冒落區(qū)附近煤巖體裂隙高度發(fā)育，工作面在過冒落區(qū)前必須對冒落區(qū)前方10 m 范圍內(nèi)煤巖體采用注漿進(jìn)行加固。

（1）現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)冒落區(qū)前方煤壁預(yù)留難度大，煤壁片幫嚴(yán)重，最大片幫深度達(dá)1.7 m，片幫高度達(dá)2.2 m，片幫后煤壁與頂板呈40°～60°夾角布置，在應(yīng)力作用下片幫處上方頂板出現(xiàn)斷裂、破碎現(xiàn)象，所以決定對煤壁、頂板同時進(jìn)行注漿加固。

（2）頂板注漿鉆孔布置在距頂板0.5 m 處，鉆孔與頂板呈45°夾角，鉆孔深度為6.0 m，鉆孔布置間距為2.0 m，每排布置4 個鉆孔。煤壁注漿鉆孔施工在距頂板1.2 m 處煤壁上，鉆孔垂直煤壁布置，鉆孔深度為5.0 m，鉆孔間距為2.0 m。煤壁注漿鉆孔與頂板注漿鉆孔交錯布置。

（3）鉆孔施工完后，依次對鉆孔進(jìn)行注漿。注漿材料采用FSS 無機(jī)化學(xué)加固材料，該化學(xué)材料主要由A、B 兩種成分組成，混合比為1:1，A 料黏度為200～300 MPa.s，B 料黏度為240～350 MPa.s，混合料反應(yīng)時間為120 s。

（4）采用ZBYSB66/12-6.5 型雙液注漿泵進(jìn)行注漿施工，注漿時注漿壓力控制在1.5～2.0 MPa，單孔注漿量為0.54 m3。

3.3 柔性自鎖超前支護(hù)

（1）超前支護(hù)目的。通過對應(yīng)力區(qū)頂板施工超前支護(hù)體，降低集中垂直應(yīng)力對頂板、煤柱超前破壞作用，進(jìn)一步提高煤巖體承載能力，防止工作面回采過程中頂板破碎、煤壁片幫。

（2）柔性自鎖超前支護(hù)裝置結(jié)構(gòu)。15204 工作面采用的超前支護(hù)體主要由柔性自鎖式錨桿以及固定卡纜等部分組成。柔性自鎖式錨桿長度為3.5 m，桿體主要由直徑為20 mm、四芯恒阻錨索組成。桿體端頭安裝一個自鎖件，在碰撞情況下自鎖件四個自鎖機(jī)構(gòu)展開并與鉆孔壁牢牢固定。

（3）超前支護(hù)工藝：① 首先在工作面煤壁與頂板之間施工超前支護(hù)鉆孔，鉆孔深度為3.2 m，鉆孔直徑為30 mm，鉆孔垂直煤壁布置，允許垂直方向誤差角度3°，鉆孔間距為0.5 m；② 支護(hù)鉆孔施工完后，依次對鉆孔內(nèi)安裝柔性自鎖超前支護(hù)體并進(jìn)行自鎖固定；每排施工10 根超前支護(hù)體，所有支護(hù)體安裝完成后在外露端安裝卡纜進(jìn)行固定；③ 超前支護(hù)施工完成后，工作面回采期間支架頂梁沿支護(hù)體擦頂進(jìn)行移架。

圖1 15204 工作面冒落區(qū)聯(lián)合治理技術(shù)施工斷面圖

4 結(jié)束語

15204 工作面采用綜合治理措施后，順利回采過高冒區(qū)以及影響帶，通過對工作面高冒區(qū)采取“人工假頂+注漿加固+柔性自鎖超前支護(hù)”綜合治理技術(shù)后取得了顯著應(yīng)用成效。

（1）通過對高冒區(qū)施工人工假頂，有效控制了冒落范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，工作面支架在過高冒區(qū)時支架初撐力、工作阻力達(dá)到額定值的94%，未出現(xiàn)支架倒架、頂梁托空等現(xiàn)象。

（2）對工作面煤壁、頂板進(jìn)行注漿加固后，工作面煤巖體膠結(jié)穩(wěn)定性得到有效提高，在后期回采過程中未出現(xiàn)大面積片幫現(xiàn)象，最大片幫深度控制在0.5 m 以下，片幫高度控制在1.0 m 以下，頂板端面空頂距控制0.3 m 以下。

（3）與傳統(tǒng)錨注錨桿相比，自鎖式柔性超前支護(hù)施工工藝相對簡單，支護(hù)回收率高，而且該支護(hù)可適用于大應(yīng)力采掘工作面，超前支護(hù)削弱了頂板應(yīng)力、煤壁超前剪切破壞作用，提高了超前應(yīng)力區(qū)頂板、煤柱的穩(wěn)定性。