郭小路

（山西煤炭運銷集團野川煤業(yè)有限公司，山西 高平 048400）

綜采工作面在回采過程中采空區(qū)殘余應力向工作面煤體方向傳遞，加之地質構造應力破壞作用，導致工作面頂板懸臂梁產(chǎn)生破壞，出現(xiàn)頂板高度裂隙發(fā)育現(xiàn)象。裂隙帶向回采煤體前方延伸，當頂板無法承載應力作用時，頂板出現(xiàn)破碎現(xiàn)象。集中應力在頂板破碎裂隙帶進行應力釋放，對工作面煤壁產(chǎn)生剪切破壞作用，若支護不及時很容易發(fā)生頂板垮落事故。本文以野川煤礦3203工作面為例，對工作面回采期間頂板出現(xiàn)破碎現(xiàn)象原因進行合理分析，提出合理有效的破碎頂板聯(lián)合支護技術[1-5]。

1 概況

山西煤炭運銷集團野川煤業(yè)有限公司3203工作面位于井田邊界西南部，工作面東鄰二采區(qū)膠帶巷，南邊為3205采空區(qū)，西邊為礦井邊界保安煤柱，北邊為3202膠帶順槽。3203工作面設計走向長度為996 m，傾向長度為127 m。工作面回采煤層為3#煤層，煤層位于山西組中下部，全區(qū)穩(wěn)定可采，結構簡單，煤層平均厚度5.32 m，局部含夾矸，夾矸厚度約0～0.02 m。煤層內生裂隙發(fā)育，層狀構造，視密度為1.45 t/m3。煤層頂?shù)装迩闆r見表1。

表1 工作面3#煤層頂?shù)装迩闆r

3203工作面采用綜合機械化回采工藝，截至2020年4月27日工作面已回采460 m。工作面回采至300～460 m共計揭露六條正斷層，斷層平均落差為1.4 m，平均傾角為52°。其中，位于工作面445 m處揭露的F9斷層落差為2.1 m，對工作面回采影響最大。該斷層從3#支架揭露斜向工作面中部延伸，斷層影響工作面回采長度為55 m，影響傾向長度為32 m（3#～19#支架）。

工作面回采前5條斷層時頂板出現(xiàn)局部破碎，但未出現(xiàn)冒落現(xiàn)象，采用帶壓擦頂移架、超前移架等傳統(tǒng)拉架工藝即可對頂板進行維護。但是工作面在揭露F9斷層時，受超前集中應力影響，斷層處頂板及煤壁出現(xiàn)嚴重破碎現(xiàn)象。頂板破碎區(qū)位于5#～17#支架之間，局部出現(xiàn)冒落現(xiàn)象，煤壁片幫嚴重，片幫深度達1.6 m，導致液壓支架在過F9斷層區(qū)時，出現(xiàn)支架工作阻力不足、支架頂梁插頂?shù)痊F(xiàn)象。

2 工作面回采頂板難以管理原因

（1）集中應力影響。由于工作面300～460 m段共計揭露6條斷層，斷層群破壞了該區(qū)段煤層及頂板巖體整體穩(wěn)定性，導致煤巖體裂隙發(fā)育，工作面回采時斷層應力、回采超前應力作用于煤巖體原生裂隙，使裂隙煤巖體產(chǎn)生擴張破壞作用，改變了圍巖力學結構，從而導致工作面頂板破碎現(xiàn)象。

（2）圍巖穩(wěn)定性差。3203工作面放頂煤回采工藝，放煤步距0.6 m，放煤高度2.75 m，采放比為1:1.06。工作面回采過程中頂板預留頂煤厚度為2.6 m，而3#煤層屬石炭系煤層，煤層整體穩(wěn)定性差，煤體單軸抗壓強度不足20 MPa，頂煤承載能力低，在應力作用下很容易出現(xiàn)破碎現(xiàn)象。

（3）支護效果差。工作面回采至440 m處時5#、8#、9#、13#支架出現(xiàn)不接頂現(xiàn)象，當工作面回采至460 m處時工作面6#～14#支架出現(xiàn)不接頂現(xiàn)象。支架無法對工作面頂板提供足夠的支撐作用力，導致支架上方頂板支護強度低，頂板在短時間內產(chǎn)生蠕動變形現(xiàn)象，而支架無法對蠕動變形頂板及時進行控制，導致頂板破碎、冒落現(xiàn)象。

3 過斷層頂板聯(lián)合控制技術

為了保證3203工作面安全快速過F9斷層影響區(qū)，提高工作面頂板穩(wěn)定性，防止煤壁片幫現(xiàn)象，決定對工作面頂板采取“注漿加固+撞楔超前支護+支架平鋪頂梁”聯(lián)合支護技術。

3.1 注漿加固技術

（1）首先在3#～19#支架前方煤壁施工一排注漿鉆孔，鉆孔深度為5.0 m，直徑為40 mm，仰角為45°，鉆孔間距為3.0 m。鉆孔施工位置與頂板間距為1.5 m，注漿鉆孔終孔位置應位于頂板往上0.5～1.0 m處，如圖1。

（2）注漿鉆孔施工完后，對鉆孔內填裝注漿軟管，軟管另一端與HJB-5.5/5.0型高壓雙液注漿泵連接，并進行注漿施工。注漿液采用水泥與水玻璃配比為1:0.8的混合漿液，注漿壓力為1.5 MPa。

（3）為了保證仰斜鉆孔注漿效果，注漿前應對鉆孔進行封孔處理。封孔材料采用快速凝固的膨脹水泥，封孔長度為0.5 m，單孔注漿量為30 kg，注漿時間為25 min，注漿后凝固時間為3.5 h。一般在檢修班進行注漿施工。

3.2 撞楔超前支護

為了防止集中應力對工作面頂板產(chǎn)生超前破壞作用，工作面回采過程中對頂板施工一排撞楔超前支護。

（1）撞楔超前支護鉆孔施工在工作面設計頂板位置，且垂直煤壁。支護孔直徑為45 mm，鉆孔深度為3.0 m，鉆孔施工后在豎直方向允許角度偏差為±3°，支護孔間距為1.3 m。

（2）超前支護孔施工完后，對支護孔內安裝長度為3.5 m、直徑為33 mm鋼針。鋼針安裝后在回采過程中支架前探梁仰挑3°～5°角度，保證支架頂梁與鋼針接觸嚴實。工作面回采后放頂前及時回收鋼針。

3.3 支架搭梁

為了防止液壓支架在冒漏區(qū)不接頂現(xiàn)象，決定在支架頂梁上方平鋪鋼梁，確保支架具有足夠的初撐力及工作阻力。

（1）工作面回采前對3#～19#支架頂梁上方平鋪三排工字鋼梁，鋼梁排距為1.5 m，每根鋼梁長度為3.5 m，相鄰兩排鋼梁交錯式布置。鋼梁鋪設完成后，工作面回采過程中升起支架立柱，保證鋼梁與頂板接觸嚴實。

（2）3203工作面在過F9斷層期間，采用帶壓擦頂移架，并控制采煤機割煤深度不得大于0.6 m。在過斷層期間為了及時對斷層處頂板進行有效支護，工作面割煤后3#～19#支架應超前移架支護頂板。

（3）由于工作面過斷層期間頂板受壓大，支架在壓力區(qū)支護時很容易出現(xiàn)支架前探梁受力過大，導致支架下傾、自動卸載等現(xiàn)象，所以支架支護到位后在機道處支設一排T型鋼棚。鋼棚頂梁長度為1.5 m，頂梁與煤壁垂直布置。

4 效果

對3203工作面斷層應力區(qū)頂板采取聯(lián)合控制技術后，有效控制了頂板破碎、煤壁片幫現(xiàn)象，加快了工作面回采，取得了顯著應用成效。

（1）通過對工作面煤壁及破碎頂板采取注漿加固，注漿液滲透在煤巖體裂隙內，對破碎煤巖體進行再次重組作用，使得煤巖體單軸抗壓強度提高至38.9 MPa，大大提高了煤巖體整體穩(wěn)定性及承載能力，有效防止了煤壁片幫、頂板破碎現(xiàn)象。采取注漿措施后工作面在后期回采過程中煤壁片幫深度控制在0.5 m以下。

（2）工作面頂板采取撞楔超前支護后，實現(xiàn)了前方煤體超前支護，有效防止了因超前應力破壞作用導致工作面前方煤體出現(xiàn)超前破碎現(xiàn)象，降低了煤壁片幫、頂板破碎幾率。

（3）通過對工作面液壓支架采取搭梁技術措施，保證了支架初撐力及工作阻力，防止了工作面在過冒漏區(qū)時支架不接頂、支架支護效果差、頂板垮落事故。采取該措施后后期過斷層應力區(qū)時，支架初撐力及工作阻力提高至95%以上。