牛正杰，牛田元

（1.晉能控股煤業(yè)集團(tuán)晉城公司，山西 晉城 048000；2.長春建筑學(xué)院，吉林 長春 130600）

1 15102 工作面概述

晉能控股煤業(yè)集團(tuán)15102 工作面位于井田西部，東部為實(shí)體煤，西部為15101 采空區(qū)，南部與采區(qū)三條大巷相連，北部相距114 m 為礦井邊界。

15102 工作面設(shè)計(jì)走向長度為1 450 m，傾向長度為120 m，工作面回采煤層為15 號層，平均傾角為3°，15 號煤層結(jié)構(gòu)較簡單，夾0～2 層夾矸，矸石一般分布于上部和下部，單層夾矸厚度上部為0.30～0.60 m，下部為0.25～0.30 m，為穩(wěn)定可采煤層。煤層頂?shù)装鍘r性如表1 所示。

表1 15 號煤層頂?shù)装迩闆r表

15102 工作面采用綜合機(jī)械化后退式回采工藝，截至目前工作面已回采660 m。根據(jù)礦區(qū)提供資料顯示，15102 工作面回采至668 m 處尾部揭露一條F7 逆斷層，斷層落差2.1 m，傾角為42°，對工作面回采影響較大。當(dāng)工作面回采至650 m 處時(shí)進(jìn)入斷層應(yīng)力區(qū)，受回采應(yīng)力、斷層應(yīng)力影響，工作面進(jìn)入應(yīng)力區(qū)后，回風(fēng)順槽圍巖出現(xiàn)應(yīng)力顯現(xiàn)現(xiàn)象，主要表現(xiàn)在巷道片幫嚴(yán)重、頂板出現(xiàn)嚴(yán)重下沉以及底板鼓起等，導(dǎo)致回風(fēng)順槽成型效果差，巷道斷面收縮量達(dá)總斷面的15%，嚴(yán)重制約著工作面的安全高效回采。

2 應(yīng)力區(qū)圍巖聯(lián)合控制技術(shù)

為了提高工作面應(yīng)力區(qū)順槽圍巖穩(wěn)定性，決定對應(yīng)力區(qū)采取“布置卸壓孔+施工注漿錨索+安裝π 型梁棚”聯(lián)合控制技術(shù)。

2.1 布置卸壓孔

為了防止集中應(yīng)力對回風(fēng)順槽圍巖產(chǎn)生應(yīng)力破壞作用，決定對應(yīng)力區(qū)回風(fēng)順槽施工卸壓孔。

1）卸壓孔布置在工作面前方30 m 范圍內(nèi)回風(fēng)順槽頂板上，鉆孔采用MT-130 型錨索鉆機(jī)配套六棱鉆桿以及直徑為50 mm 的合金鋼鉆頭聯(lián)合施工。

2）卸壓鉆孔布置在回風(fēng)順槽頂板中部，鉆孔直徑為50 mm，深度為5.0 m，鉆孔布置間距為3.0 m，卸壓鉆孔超前工作面20 m 布置。

2.2 施工注漿錨索

為了提高回風(fēng)順槽應(yīng)力區(qū)頂板穩(wěn)定性，避免頂板應(yīng)力松動(dòng)圈范圍擴(kuò)大，決定對回風(fēng)順槽應(yīng)力區(qū)頂板施工注漿錨索支護(hù)。

1）注漿錨索為7 股長度為4.5 m 的中空錨索，錨索直徑為25 mm，中部注漿孔直徑為12 mm，在注漿錨索端頭布置注漿射孔，注漿錨索最大承載能力為1 200 kN，延展率為19%。

2）應(yīng)力區(qū)回風(fēng)順槽頂板每排布置3 根注漿錨索，首先采用鉆機(jī)在回風(fēng)順槽施工一排注漿錨索鉆孔，鉆孔深度為4.5 m，直徑為30 mm，鉆孔布置間距為2.0 m，排距為3.0 m，其中中部鉆孔垂直于頂板布置，兩邊鉆孔與巷幫成60°夾角布置。

3）注漿鉆孔施工完成后，對中鉆孔內(nèi)依次安裝錨固劑及注漿錨索，每支注漿錨索采用3 支錨固劑進(jìn)行錨固，錨固長度為1.2 m，注漿錨索錨固后，對錨索外露端安裝1 塊預(yù)應(yīng)力鋼托板，托板長度及寬度均為0.5 m，鋼托板安裝后采用鎖具進(jìn)行預(yù)緊。

4）注漿錨索錨固后，對錨索內(nèi)安裝1 根直徑為10 mm 的注漿軟管，安裝完注漿軟管后，在錨索端頭安裝1 個(gè)止?jié){塞，然后將注漿軟管與專用高壓注漿泵連接，進(jìn)行注漿施工，注漿液采用水泥漿與水玻璃混合液，注漿時(shí)先高壓后低壓，注漿壓力最終穩(wěn)定在1.5 MPa 左右。

2.3 安裝π 型鋼棚

為了提高巷幫煤柱承載強(qiáng)度，防止煤柱片幫垮落導(dǎo)致頂板失穩(wěn)現(xiàn)象，決定對超前應(yīng)力區(qū)15 m 范圍內(nèi)架設(shè)密集π 型鋼棚。

1）15102 工作面回風(fēng)順槽安裝的π 型鋼棚主要由頂梁、棚腿、底座等部分組成，與傳統(tǒng)矩形鋼棚相比，π 型鋼棚具有支護(hù)穩(wěn)定性強(qiáng)、支護(hù)效果好等優(yōu)點(diǎn)。

2）π 型鋼棚安裝順序?yàn)椋旱鬃锿取?型頂梁，鋼棚安裝間距為1.5 m，鋼棚安裝后，在相鄰兩架鋼棚之間采用連接桿固定。

3）鋼棚安裝過程中應(yīng)注意以下事項(xiàng)：鋼棚安裝時(shí)棚腿必須牢固、可靠，鋼棚底座必須固定在堅(jiān)硬底板上；若回風(fēng)順槽頂板破碎，鋼棚安裝后頂梁與頂板出現(xiàn)不接頂現(xiàn)象時(shí)，必須安裝水泥背板；安裝好鋼棚后，每班必須安排專人檢查鋼棚穩(wěn)固情況，若發(fā)現(xiàn)鋼棚變形、倒架現(xiàn)象時(shí)，及時(shí)重新架設(shè)。

3 實(shí)際應(yīng)用效果分析

截至2020 年12 月17 日，15102 工作面已回采至740 m 處，且工作面已完全過F7 斷層應(yīng)力區(qū)，對回風(fēng)順槽應(yīng)力區(qū)圍巖采取聯(lián)合控制技術(shù)后，通過10 d現(xiàn)場圍巖觀察發(fā)現(xiàn)：

1）對應(yīng)力區(qū)頂板布置卸壓鉆孔后，避免了集中應(yīng)力對回風(fēng)順槽頂板產(chǎn)生的切頂破壞作用，同時(shí)，通過施工卸壓孔，使得應(yīng)力在卸壓孔內(nèi)得到有效釋放，防止了應(yīng)力向兩幫煤柱傳遞而導(dǎo)致的兩幫煤柱發(fā)生破碎、收縮現(xiàn)象。

2）對應(yīng)力區(qū)回風(fēng)順槽頂板施工注漿錨索支護(hù)后，提高了頂板巖體膠結(jié)穩(wěn)定性及承載能力，該支護(hù)與傳統(tǒng)注漿支護(hù)相比，實(shí)現(xiàn)了注漿與錨注支護(hù)的同步施工，降低了支護(hù)作用強(qiáng)度，縮短了支護(hù)時(shí)間。

3）安裝π 型鋼棚后，提高了兩幫煤柱支撐強(qiáng)度，防止了頂板下沉現(xiàn)象，提高了頂板錨桿支護(hù)效果。

4）通過現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，采取聯(lián)合支護(hù)后，應(yīng)力區(qū)巷道頂板下沉量控制在0.12 m 以下，兩幫未出現(xiàn)嚴(yán)重破碎、收縮現(xiàn)象，巷道收縮量降低至6%，且巷道底鼓現(xiàn)象得到有效改善。

4 結(jié)語

掌石溝煤礦15102 工作面回采期間，對應(yīng)力區(qū)巷道圍巖采取聯(lián)合支護(hù)技術(shù)后，有效控制了圍巖變形現(xiàn)象，提高了圍巖穩(wěn)定性，降低了巷道收縮現(xiàn)象，保證了工作面后期安全高效回采，取得了顯著的應(yīng)用效果。