綜采工作面順槽應(yīng)力集中區(qū)頂板控制措施分析

孟希超

（西山煤電股份有限公司 西曲礦，山西 古交 030200）

1 工作面概述

西曲礦28104工作面位于北一盤區(qū)東部，工作面設(shè)計走向長度為750m，傾向長度為217 m，工作面回采煤層為石炭系8#煤層，平均厚度為3.6 m；28104工作面頂板無偽頂；直接頂主要以炭質(zhì)泥巖為主，平均厚度為2.2m；基本頂主要以K2砂巖及砂質(zhì)泥巖，平均厚度為11 m。

依據(jù)西曲礦地測科提供資料，28104工作面回采至520m處揭露一條正斷層F4，斷層落差為2.3 m，傾角為55°，F(xiàn)4斷層從28104回風順槽側(cè)揭露，以與工作面成15°斜角進入工作面，但未貫穿整個工作面。當工作面回采至470 m處受回采壓力、構(gòu)造應(yīng)力影響，距工作面0～30m范圍內(nèi)28104回風順槽頂板出現(xiàn)局部破碎現(xiàn)象，且隨著工作面不斷推進，回風順槽頂板壓力逐漸增大，當工作面回采至485 m處時頂板出現(xiàn)局部漏頂現(xiàn)象，漏頂最大高度達0.7 m，頂板變形嚴重，最大下沉量達0.55 m，頂板成大面積破碎狀態(tài)。而巷道頂板錨桿、錨索支護以及巷道支設(shè)的臨時單體柱不能滿足頂板支護要求。通過技術(shù)論證，決定對28104回風順槽應(yīng)力集中區(qū)頂板采取注漿、施工加長錨桿桁架支護、架設(shè)雙梁“T”型工字鋼棚等聯(lián)合支護措施。

2 回風順槽頂板聯(lián)合支護措施

2.1 注漿支護

為了增加應(yīng)力集中區(qū)域破碎頂板穩(wěn)定性，對破碎頂板施工鉆孔并注漿，由于聚氨酯具有滲透能力強、粘合強度高、凝固時間短，相對其它粘合劑（如馬麗散）成本低等優(yōu)點，決定采用聚氨酯劑作為注漿液。

（1）當工作面回采至485 m處時，開始在回風順槽頂板施工注漿鉆孔，由于28104回風順槽寬度為4.2m，所以頂板每排施工4個注漿孔，孔間距為1.2 m，孔徑為30mm，鉆孔深度為5.0 m，鉆孔與頂板成30°夾角布置，兩側(cè)鉆孔與幫成60°夾角布置，見圖1。

圖1 28104回風順槽應(yīng)力集中區(qū)頂板注漿鉆孔布置平剖面

（2）當?shù)谝慌抛{鉆孔施工完后，采用高壓注漿泵依次向鉆孔注射聚氨酯漿液，采用鉆孔“先中部后兩側(cè)”的注漿順序，單孔注漿時發(fā)現(xiàn)鉆孔周圍煤巖體出現(xiàn)漿液滲透時及時停止注漿，并對鉆孔進行封堵。

（3）第一排鉆孔注漿完成2 h后，施工第二排注漿鉆孔，相鄰兩排鉆孔間距為3.0 m，鉆孔施工完后依次進行注漿，依次類推直至回風順槽頂板完全過應(yīng)力集中區(qū)。

2.2 施工加長錨桿桁架支護

錨桿桁架支護主要作用是對相鄰兩根傾斜錨桿采用拉桿進行預(yù)緊，使兩錨桿在拉桿作用下產(chǎn)生傾斜向上的作用力，在傾斜作用力合力的作用下抵消頂板垂直應(yīng)力，減小頂板應(yīng)力破壞作用。

（1）首先在28104回風順槽頂板施工兩個傾斜錨桿，錨桿間距為3.0m，錨桿與頂板成60°夾角布置，由于應(yīng)力集中區(qū)頂板破碎深度在2.0～2.5 m范圍內(nèi)，為加大桁架支護作用，錨桿采用長度為3.0 m，直徑為22 mm左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，每根錨桿采用兩支型號為MSK23/35、MSKC23/60型錨固劑。

（2）錨桿施工完后，在兩根錨桿之間安裝預(yù)緊拉桿，預(yù)緊拉桿主要由兩根長度為1.3 m圓鋼及一根長度為0.5 m螺紋套管組成，將兩根圓鋼一端分別固定在錨桿底端，另一端與螺紋套管連接，順時針旋轉(zhuǎn)螺紋套管使兩根圓鋼張緊，且張緊力不得低于200N·m。

（3）第一組錨桿桁架支護施工完后，開始施工第二組錨桿桁架支護，相鄰兩組桁架支護間距為1.5 m。

2.3 架設(shè)雙梁“T”型鋼棚

由于傳統(tǒng)的單梁矩形鋼棚支護截面小，支護后需對相鄰兩架鋼棚頂梁之間采用鋼梁或木板進行背牢，工序繁瑣，勞動強度大，通過技術(shù)論證，對28104回風順槽架設(shè)雙梁“T”型鋼棚。

（1）雙梁“T”型鋼棚主要由兩節(jié)11#槽鋼頂梁，四節(jié)“T”型工字鋼棚腿組成，頂梁長度為4.0 m，頂梁間距為0.5m，“T”型棚腿伸縮高度范圍為2.0～4.0 m，鋼棚架設(shè)間距為2.0m，見圖2。

（2）首先緊貼巷道兩幫架設(shè)“T”型鋼棚棚腿，棚腿架設(shè)高度為2.0 m，為了提高棚腿安裝質(zhì)量，棚腿架設(shè)前在棚腿架設(shè)位置進行起底并澆筑，起底規(guī)格為長×寬×深=0.3 m×0.3m×0.2 m；在棚腿與巷幫之間采用固定錨桿連接，棚腿安裝后采用固定錨桿與巷幫固定。

（3）棚腿安裝后安裝頂梁，頂梁與棚腿之間采用卡槽固定連接，頂梁安裝且固定后注漿升起棚腿，使雙梁與頂板完全接觸嚴實；為了提高相鄰兩架鋼棚之間聯(lián)鎖保護作用，在相鄰兩架鋼棚棚腿之間采用連接桿固定。

圖2 28104回風順槽應(yīng)力集中區(qū)頂板架設(shè)雙梁“T”型工字鋼棚平剖面

3 應(yīng)用效果分析

28104回風順槽頂板應(yīng)力集中區(qū)通過采用注漿、施工加長錨桿桁架支護、架設(shè)雙梁“T”型鋼棚后，對頂板每隔15 m安裝一組Y23型頂板離層儀，每隔3d進行頂板下沉量觀察，從485～540 m之間頂板平均下沉量為0.11 m，工作面在揭露F4斷層時，回風順槽頂板下沉量最大達0.17 m，大大減小了頂板下沉量.同時通過對注漿后頂板巖體進行單軸抗壓實驗發(fā)現(xiàn)，應(yīng)力區(qū)頂板破碎巖體礦壓強度增加至17.92 MPa，有效提高了破碎巖體膠結(jié)穩(wěn)定性，避免了因頂板破碎，造成漏頂事故發(fā)生。

4 結(jié)語

西曲礦通過技術(shù)論證，對28104工作面回采期間，回風順槽應(yīng)力集中區(qū)采取注漿、施工加長錨桿桁架支護、架設(shè)雙梁“T”型工字鋼棚等聯(lián)合支護措施，實踐證明，采取聯(lián)合支護措施后，有效提高了應(yīng)力區(qū)頂板穩(wěn)定性，減小巷道圍巖變形量，解決了因巷道應(yīng)力大，造成頂板下沉量大、頂板維護困難，局部漏頂?shù)燃夹g(shù)難題，取得了顯著成效。