韓 鵬

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)雁崖煤業(yè)大同有限公司，山西 大同 037031）

綜采工作面回采期間過地質(zhì)構(gòu)造區(qū)時(shí)，受回采應(yīng)力、構(gòu)造應(yīng)力等多重應(yīng)力作用，工作面煤壁及頂板出現(xiàn)裂隙發(fā)育現(xiàn)象。且隨著裂隙帶延伸，破壞了煤壁及頂板穩(wěn)定性，很容易發(fā)生頂板冒落事故。一旦頂板出現(xiàn)冒漏后，破壞了頂板承載梁結(jié)構(gòu)，頂板穩(wěn)定性降低。隨著工作面不斷推進(jìn)，冒漏區(qū)范圍不斷擴(kuò)大，傳統(tǒng)采煤工作面主要采用液壓支架進(jìn)行頂板支護(hù)，當(dāng)支架過冒漏區(qū)時(shí)造成支架頂梁與冒漏區(qū)頂板之間出現(xiàn)鏤空現(xiàn)象，不僅降低了支架支護(hù)效果，而且冒漏區(qū)對(duì)支架產(chǎn)生漏垮型破壞作用，嚴(yán)重威脅著工作面安全高效回采。本文以8311 工作面為例，對(duì)工作面冒漏區(qū)頂板提出并實(shí)施了合理有效的圍巖控制技術(shù)[1-5]。

1 概述

雁崖煤業(yè)公司塔山三盤區(qū)8311 工作面位于三盤區(qū)西翼，工作面西部為井田邊界，北部為實(shí)煤區(qū)，東部為西翼盤區(qū)大巷，南部為8312 工作面，如圖1所示。

圖1 8311 ?工作面平面布置示意圖

8311 工作面設(shè)計(jì)走向長(zhǎng)度為900 m，傾向長(zhǎng)度為210 m。工作面回采煤層為山西組4#煤層，山4#煤層為半亮型、暗淡型煤，塊狀。本煤層屬復(fù)雜結(jié)構(gòu)煤層，總厚度為2.0～3.60 m，平均厚度為2.80 m，煤層中普遍含有1 層夾石，局部含有2 層夾石，夾石巖性為灰黑色砂質(zhì)泥巖、黑色泥巖、灰褐色高嶺巖。4#煤層無偽頂，直接頂主要以炭質(zhì)泥巖為主，具體見表1。

表1 8311 工作面頂?shù)装鍘r性情況表

8311 工作面采用走向長(zhǎng)壁后退式回采工藝，采用垮落法管理頂板，截至2020 年3 月11 日工作面已回采至740 m。

2 工作面回采情況及分析

2.1 工作面地質(zhì)情況

8311 工作面地質(zhì)構(gòu)造相對(duì)單一，主要以中小斷層為主。工作面在前700 m 回采期間共計(jì)揭露8 條正斷層，斷層平均落差為0.8 m，平均傾角為52°?；夭善陂g工作面頂板局部出現(xiàn)破碎現(xiàn)象，但對(duì)工作面回采影響不大。工作面回采至735 m 處揭露一條F8 正斷層，斷層從工作面17#支架向運(yùn)輸順槽方向延伸，斷層落差為1.4 m，傾角為57°，斷層對(duì)工作面影響長(zhǎng)度為32 m，如圖2 所示。

圖2 8311 工作面F8 斷層布置平面示意圖（mm）

2.2 回采現(xiàn)狀

8311 工作面采用德國艾柯夫SL300 型采煤機(jī)割煤，采煤機(jī)截深為0.8 m。工作面回采至735 m 處位于17#支架前方煤壁揭露F8 斷層，隨著工作面推進(jìn)，從17#～1#支架方向逐漸揭露斷層。8311 工作面采用強(qiáng)行破巖法過F8 斷層。

8311 工作面揭露F8 斷層后工作面煤壁出現(xiàn)局部片幫現(xiàn)象，同時(shí)伴隨著端面頂板破碎現(xiàn)象。當(dāng)工作面回采至737 m 處位于14#～12#支架前方端面頂板出現(xiàn)第一次冒漏，冒漏高度為1.2 m，冒漏區(qū)成半球形狀，冒漏區(qū)頂板主要以煤與巖體混合層為主。頂板冒漏后工作面采用帶壓擦頂移架，但是由于冒漏區(qū)圍巖穩(wěn)定性差，支架在冒漏區(qū)出現(xiàn)不接頂現(xiàn)象，且受構(gòu)造應(yīng)力持續(xù)破壞作用，導(dǎo)致冒漏區(qū)控制效果差。當(dāng)工作面回采至740 m 處時(shí)頂板冒漏區(qū)范圍不斷擴(kuò)大，冒漏高度達(dá)1.7 m，端面距達(dá)2.1 m，煤壁最大片幫深度達(dá)2.6 m。

2.3 頂板冒漏機(jī)理

（1）地質(zhì)構(gòu)造影響。8311 工作面揭露F8 斷層后，斷層破壞了原煤巖層穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，同時(shí)工作面回采期間構(gòu)造應(yīng)力及回采應(yīng)力在斷帶處進(jìn)行應(yīng)力釋放，造成斷層兩盤處巖體產(chǎn)生裂隙擴(kuò)張破壞作用。隨著斷層不斷揭露，應(yīng)力對(duì)圍巖破壞性越強(qiáng)，導(dǎo)致煤壁出現(xiàn)片幫，端面距加大，當(dāng)工作面回采后未及時(shí)移架，斷面空頂支護(hù)滯后時(shí)，頂板出現(xiàn)冒落。

（2）圍巖穩(wěn)定性差。8311 工作面回采的4#煤層屬于石炭系煤層，煤層穩(wěn)定性差，結(jié)構(gòu)復(fù)雜易破碎。4#煤層直接頂主要以泥巖與煤層混合層為主，巖體單軸抗壓強(qiáng)度不足25 MPa，層狀結(jié)構(gòu)，工作面煤壁及頂板在應(yīng)力作用下破壞了煤巖體承載結(jié)構(gòu)，煤壁出現(xiàn)片幫，頂板出現(xiàn)破碎現(xiàn)象。隨著頂板破碎區(qū)范圍不斷擴(kuò)大，頂板出現(xiàn)冒漏。

（3）支護(hù)強(qiáng)度低。由于傳統(tǒng)工作面主要采用液壓支架對(duì)頂板進(jìn)行控制維護(hù)，當(dāng)工作面頂板出現(xiàn)冒漏后，液壓支架在冒漏區(qū)出現(xiàn)不接頂現(xiàn)象，支架工作阻力降低，造成支架不能及時(shí)對(duì)冒漏區(qū)下沉、斷裂以及破碎圍巖進(jìn)行有效支護(hù)，從而造成冒漏區(qū)范圍不斷擴(kuò)大。

3 冒漏區(qū)聯(lián)合控制技術(shù)

3.1 人工假頂施工

為了提高工作面冒漏區(qū)頂板穩(wěn)定性，保證支架過冒漏區(qū)時(shí)支架頂梁與頂板接觸嚴(yán)實(shí)，決定對(duì)8311工作面施工人工假頂。

（1）由于工作面回采740 m 處時(shí)頂板沿工作面傾向方向冒落長(zhǎng)度達(dá)3.2 m，沿走向冒落長(zhǎng)度達(dá)2.1 m，首先在工作面12#～14#支架前探梁0.15 m 處施工一根錨索吊棚，吊棚長(zhǎng)度為3.5 m，吊棚施工后距頂板間距為0.4 m；第二架錨索吊棚施工在距煤壁0.15 m 處頂板上，兩架吊棚布置間距為1.8 m。

（2）兩架錨索吊棚施工完后，在吊棚上方沿工作面走向方向依次鋪設(shè)4 根長(zhǎng)度為2.0 m 工字鋼橫梁，橫梁布置間距為1.0 m，橫梁與吊棚之間采用卡纜進(jìn)行固定。

（3）橫梁鋪設(shè)完成后在后梁上方依次鋪設(shè)金屬網(wǎng)、油布以及道木，道木鋪設(shè)時(shí)成井字形布置，如圖3 所示。道木鋪設(shè)完成后必須保證道木與漏頂區(qū)頂板接觸嚴(yán)實(shí)，最后采用打壓鉆具對(duì)兩架錨索吊棚預(yù)緊。

圖3 8311 工作面端面冒漏區(qū)聯(lián)合支護(hù)示意圖（mm）

（4）人工假頂施工完后，為了保證假頂與冒漏區(qū)圍巖能夠充分膠結(jié)在一起，提高圍巖穩(wěn)定性，同時(shí)避免人工假頂間隙處出現(xiàn)瓦斯積聚現(xiàn)象，決定對(duì)人工假頂處注入羅克休膨脹劑。

3.2 注漿支護(hù)

為了控制煤壁片幫現(xiàn)象以及防止應(yīng)力作用導(dǎo)致工作面前方頂板出現(xiàn)超前破碎現(xiàn)象，人工假頂施工完后對(duì)工作面煤壁及頂板進(jìn)行注漿施工。

（1）注漿鉆孔布置在10#～16#支架前方煤壁上，鉆孔深度為6.0 m，直徑為45 mm，鉆孔開口位置距頂板間距為1.3 m，鉆孔仰角為30°。注漿鉆孔施工完后對(duì)鉆孔內(nèi)安裝注漿軟管，并采用止?jié){塞進(jìn)行封孔。

（2）注漿鉆孔施工完后依次對(duì)鉆孔進(jìn)行注漿施工，注漿液采用水泥與水玻璃混合比為1:2 的混合漿液，注漿壓力為1.8 MPa。水泥漿液相比聚氨酯、馬麗散雖然滲透能力低，凝固時(shí)間長(zhǎng)，但是放熱量小，成本費(fèi)用低。

（3）8311 工作面每天檢修班進(jìn)行注漿施工，煤壁注漿3 h 后工作面方可繼續(xù)回采。當(dāng)注漿完成后工作面割煤5.0 m 時(shí)進(jìn)行第二排注漿施工，以此類推，直至工作面完全過斷層區(qū)。

3.3 JW 型錨索梁棚支護(hù)

為了加強(qiáng)斷層帶附近頂板穩(wěn)定性，工作面在回采過程中對(duì)斷層影響區(qū)施工邁步式JW型錨索梁棚。

（1）工作面回采后當(dāng)端面距達(dá)1.0 m 時(shí)及時(shí)在支架前探梁前方頂板施工一排JW 型錨索梁棚。JW型錨索梁棚主要由JW 型鋼梁和恒阻錨索組成，鋼梁長(zhǎng)度為3.0 m，寬度為0.32 m，JW 型鋼梁最大承載能力為655 MPa，每根鋼梁采用2 根錨索安裝固定。為了便于工作面回采后直接頂垮落，錨索長(zhǎng)度確定為3.0 m，直徑為17.8 mm。

（2）錨索梁棚施工在1#～14#支架前方，錨索梁棚布置間距為1.0 m，相鄰兩排錨索梁棚布置排距為1.5 m，且成邁步式布置。

4 結(jié)語

2020 年3 月11 日夜班開始對(duì)工作面冒漏區(qū)架設(shè)人工假頂，3 月12 日夜班人工假頂架設(shè)完成，3月13 日早班進(jìn)行注漿施工，3 月13 日夜班進(jìn)行回采。截至2020 年3 月22 日工作面已回采至785 m 處且已完全過斷層影響區(qū)。對(duì)工作面冒漏區(qū)頂板采取聯(lián)合支護(hù)技術(shù)后，通過后期回采期間現(xiàn)場(chǎng)觀察發(fā)現(xiàn)，冒漏區(qū)范圍得到有效控制，后期回采過程中未出現(xiàn)冒漏現(xiàn)象，端面距控制在0.6 m 以下，煤壁片幫深度控制在0.7 m 以下，取得了良好效果。