劉金狀 張 浩 任景義

（鐵煤集團(tuán)大隆礦，遼寧 鐵嶺 112700）

綜采工作面過斷層期間，受回采應(yīng)力以及斷層構(gòu)造應(yīng)力影響，斷層處煤巖體出現(xiàn)破壞，導(dǎo)致工作面端面距加大、煤壁片幫、支架阻力不足等，不僅制約工作面快速回采，而且威脅回采施工安全。所以在過斷層期間采取合理有效的圍巖控制技術(shù)，對(duì)工作面安全快速回采具有重要意義[1-5]。以大隆礦1207工作面為例，對(duì)工作面過F5斷層期間提出了圍巖聯(lián)合控制技術(shù)，確保工作面快速過斷層破碎區(qū)。

1 概述

鐵煤集團(tuán)大隆礦1207工作面位于二水平南一采區(qū)的南部，工作面東側(cè)、南側(cè)以大興井田邊界保護(hù)煤柱為界，西側(cè)以FW2-2斷層為界，北側(cè)以F15斷層為界。1207工作面可采走向長度為427 m，工作面長度為214 m，工作面所采煤層為二水平南一采區(qū)12層煤，為復(fù)合煤層，煤質(zhì)一般。煤層最大厚度為4.60 m，最小為2.40 m，平均厚度為3.50 m，煤層厚度變化較大。煤層局部含多層夾石,單層夾石最大厚度為1.70 m，最小為0.10 m，夾石累計(jì)平均厚度為1.50 m。煤層頂?shù)装鍘r性見表1。

表1 1207工作面12#煤層頂?shù)装鍘r性表

1207工作面采用綜合機(jī)械化回采工藝，工作面回采至150 m處揭露F5正斷層，該斷層從工作面運(yùn)輸順槽13#導(dǎo)線點(diǎn)往前5.0 m處揭露，向工作面延伸，與工作面斜角為47°，斷層對(duì)工作面回采影響長度預(yù)計(jì)為30 m。受工作面周期來壓以及斷層應(yīng)力影響，工作面揭露斷層前7.0 m時(shí)在1#～15#支架前方煤壁片幫嚴(yán)重，端面距達(dá)1.6 m，頂板相對(duì)破碎，支架在該破碎區(qū)域時(shí)工作阻力不足65%，初撐力不足80%，嚴(yán)重制約著工作面安全高效回采。

2 應(yīng)力破碎頂板維護(hù)方法及問題分析

2.1 原破碎頂板維護(hù)措施

1207工作面回采至145 m處時(shí)頂板出現(xiàn)破碎、煤壁片幫現(xiàn)象，導(dǎo)致端面距加大，決定采用支柱搭梁的方法進(jìn)行頂板控制維護(hù)。

（1）工作面回采后當(dāng)端面距大于0.5 m時(shí)，在煤壁處支設(shè)一排木柱。木柱長度為3.5 m，直徑為30 mm，每架支架前方支設(shè)兩根木柱，木柱間距1.2 m，木柱采用戧木進(jìn)行固定。

（2）煤壁處木柱支設(shè)完成后在木柱與支架頂梁上方搭設(shè)工字鋼梁。工字鋼梁長度為1.5 m，工字鋼梁垂直煤壁布置，支架移架時(shí)緊貼鋼梁帶壓擦頂移架。

（3）當(dāng)支架移架到位后，及時(shí)回收煤壁處木柱以及工字鋼梁，進(jìn)行下一循環(huán)回采作業(yè)，直至1207工作面完全過F5斷層影響區(qū)。

2.2 存在的主要問題

（1）安全系數(shù)低。采用傳統(tǒng)方法進(jìn)行破碎頂板控制時(shí)，作業(yè)人員需在空頂頂板下方支設(shè)木柱，頂板冒落、煤壁片幫時(shí)很容易造成傷人事故，不利于安全施工。

（2）支護(hù)效果差。采用木柱及架梁進(jìn)行頂板維護(hù)，頂梁與煤壁垂直布置，當(dāng)端面距＞1.0 m且壓力相對(duì)較大時(shí)很容易出現(xiàn)頂梁變形現(xiàn)象。同時(shí)，由于頂梁支護(hù)斷面小，對(duì)頂板支護(hù)效果相對(duì)較差，在移架過程中很容易導(dǎo)致木柱倒塌。

（3）勞動(dòng)強(qiáng)度大。采用原支護(hù)措施時(shí)，工作面回采到位后及時(shí)回收上一循環(huán)支設(shè)的木柱及頂梁，工作割煤后再進(jìn)行支設(shè)木柱、安裝頂梁等工序，導(dǎo)致工作面割煤效率低，勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度大。

3 “走向吊棚+超前支護(hù)”聯(lián)合控制技術(shù)

為了提高1207工作面過F5斷層區(qū)時(shí)頂板穩(wěn)定性，決定對(duì)工作面原頂板支護(hù)措施進(jìn)行優(yōu)化，提出了“走向吊棚+超前支護(hù)”聯(lián)合控制技術(shù)。

3.1 走向吊棚施工

（1）1207工作面斷層處頂板采用走向吊棚，主要由縱梁、橫梁、起吊裝置、卡纜等部分組成?？v梁主要由固定梁和伸縮梁以及滑道等部分組成，固定梁為13#槽鋼，長度為2.0 m，伸縮梁為11#槽鋼，長度為2.5 m。在固定梁上焊接軌道并與伸縮梁連接，伸縮梁可在固定梁上伸縮，最大伸縮距離為2.0 m。

（2）橫梁為11#槽鋼制成，每節(jié)橫梁長3.5 m，橫梁上均勻布置四個(gè)槽口，槽口寬130 mm。每架走向吊棚布置兩根橫梁，第一根橫梁用起吊裝置安裝在支架前立柱0.5 m處，第二根與第一根橫梁間距為1.8 m。

（3）橫梁吊掛完成后采用卡纜將四組縱梁分別與橫梁槽口進(jìn)行固定，然后采用起吊裝置升起縱梁。起吊裝置主要由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、齒輪、傳動(dòng)軸等部分組成。起吊裝置在電機(jī)驅(qū)動(dòng)下可將橫梁升起，橫梁升起后保證橫梁與支架頂梁接觸嚴(yán)實(shí)。

（4）當(dāng)1#～15#支架前方煤壁片幫嚴(yán)重、端面距大于1.0 m時(shí)，及時(shí)將縱梁延伸至工作面煤壁處。若端面頂板破碎嚴(yán)重出現(xiàn)局部冒落時(shí)，在縱梁上方鋪設(shè)道木進(jìn)行接頂。1207工作面應(yīng)力區(qū)頂板聯(lián)合支護(hù)示意圖如圖1。

圖1 1207工作面應(yīng)力區(qū)頂板聯(lián)合支護(hù)示意圖

3.2 超前支護(hù)

（1）為了控制斷層的應(yīng)力傳遞作用，避免煤壁片幫現(xiàn)象，提高斷層破碎帶頂板承載強(qiáng)度，削弱應(yīng)力對(duì)工作面煤體及頂板超前破壞作用，1207工作面回采至145 m處時(shí)對(duì)1#～15#支架前方頂板施工一排超前支護(hù)。

（2）1207工作面采用的超前支護(hù)體主要采用聚氨酯玻璃鋼錨桿，錨桿長3.0 m，直徑為32 mm。先用鉆機(jī)在工作面頂板位置施工一排垂直煤壁的超前支護(hù)孔，孔深度為3.0 m，鉆孔間距為0.5 m。

（3）超前支護(hù)孔施工完成后，將玻璃鋼錨桿錨注在鉆孔內(nèi)。每根玻璃鋼錨桿采用兩支錨固劑進(jìn)行錨固，且保證錨固后錨桿在同一水平面上。超前錨桿施工完后，采煤機(jī)割煤適當(dāng)降低切割高度，避免采煤機(jī)滾筒損壞超前支護(hù)，移架時(shí)支架頂梁緊貼超前支護(hù)。

（4）工作面在過斷層應(yīng)力區(qū)期間最大允許割煤深度為0.6 m，割煤四刀后施工第二排超前錨桿支護(hù)，相鄰兩排超前支護(hù)交錯(cuò)布置，依次類推直至工作面完全過應(yīng)力區(qū)。

3.3 應(yīng)用效果

截至2020年5月23日1207工作面完全過F5斷層應(yīng)力區(qū)，工作面在過應(yīng)力區(qū)采用“走向吊棚+超前支護(hù)”聯(lián)合控制技術(shù)后取得了顯著應(yīng)用成效。

（1）工作面破碎頂板采用超前支護(hù)后，提高了工作面應(yīng)力區(qū)頂板及煤壁穩(wěn)定性，防止了端面頂板破碎以及煤壁片幫現(xiàn)象。通過現(xiàn)場(chǎng)觀察發(fā)現(xiàn)，聯(lián)合控制技術(shù)使得端面距縮小至0.3 m以下。工作面在過F5斷層時(shí)，在2#～8#支架前方煤壁片幫相對(duì)嚴(yán)重，片幫深度為0.5 m，在其他區(qū)域煤壁最大片幫深度不足0.4 m。

（2）工作面在過應(yīng)力區(qū)期間對(duì)破碎頂板施工走向吊棚后，保證了支架頂梁支撐作用力，避免了支架在破碎區(qū)頂板支護(hù)時(shí)因阻力不足導(dǎo)致倒架、插梁等事故。通過對(duì)支架壓力監(jiān)測(cè)儀觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，采用施工走向吊棚后液壓支架初撐力由原來的4051 kN提高至4 658.8 kN，提高至92%；工作阻力由原來的5214 kN提高至6204 kN，提高至94%。

4 結(jié)論

（1）與傳統(tǒng)支設(shè)木柱相比，走向吊棚施工工序簡(jiǎn)單，自動(dòng)化水平高，施工安全系數(shù)高，整個(gè)工序施工過程中僅需一人操作且隨著液壓支架進(jìn)行移動(dòng)，降低了勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度。該裝置采用四根橫梁進(jìn)行頂板維護(hù)，支護(hù)斷面大且不易變形，支護(hù)效果好。

（2）1207工作面破碎頂板采用超前錨桿支護(hù)后，提高了工作面頂板承載能力，降低了應(yīng)力對(duì)頂板及煤體超前破壞作用，縮小了端面距，控制了煤壁片幫現(xiàn)象。