綜采工作面破碎頂板安全維護措施研究

孫馭丞

（大同煤礦集團云岡礦，山西 大同 037003）

1 概述

大同煤礦集團云岡礦81103工作面位于井田311盤區(qū)，工作面設(shè)計走向長度為1700m，傾向長度為210m，工作面回采煤層為12#煤層，煤層平均厚度為1.82m，平均傾角為2.5°。工作面存在偽頂主要以炭質(zhì)泥巖為主，平均厚度為1.33m，受采動壓力影響，在回采期間該巖層局部出現(xiàn)破碎、冒落現(xiàn)象；直接頂主要以粉細砂巖互層為主，平均厚度為4.09m；基本頂主要以粉砂巖為主，平均厚度為11.7m。81103工作面采用綜合機械化回采工藝。

根據(jù)云岡礦地測科提供《81103工作面水文地質(zhì)報告》顯示：81103工作面回采至790m處在回風順槽側(cè)揭露一條F6正斷層，斷層落差為1.2m，傾角為55°，斷層與工作面呈6°夾角布置，從工作面運輸順槽812m處貫穿顯現(xiàn)。受構(gòu)造應(yīng)力及回采壓力影響，工作面回采至770m處時，頂板壓力加大出現(xiàn)破碎現(xiàn)象，在尾部104～115架之間頂板出現(xiàn)局部冒頂，造成支架移架困難；當工作面回采至780m處時頂板出現(xiàn)大面積破碎、下沉現(xiàn)象，位于87～114架范圍內(nèi)頂板最大下沉量達0.46m，回采速度僅為2.7m/d，在頂板破碎區(qū)域內(nèi)工作面支架初撐力僅為額定值的52.3%,工作阻力為額定值的57.7%,嚴重影響工作面安全回采。對此云岡礦技術(shù)科通過技術(shù)研究，決定在工作面785m處開始對破碎頂板采取“注漿+超前撞楔支護+支架搭梁”等聯(lián)合維護措施。

2 工作面破碎頂板聯(lián)合維護措施應(yīng)用

為了提高破碎頂板穩(wěn)定性及承載能力，保證支架具有足夠的初撐力及工作阻力，決定對破碎頂板進行注漿加固，施工撞楔支護進行超前維護、支架搭梁帶壓擦頂進行移架。

2.1 注漿支護

通過對破碎頂板施工深度為5.0m窺視孔觀察發(fā)現(xiàn)，斷層帶附件頂板破碎區(qū)域延伸至直接頂深度達3.2m，所以將頂板往上3.5m范圍作為注漿加固區(qū)域。

（1）為了防止頂板破碎、垮落，導致煤壁片幫嚴重，決定在工作面煤壁距頂板0.5m處施工一排注漿鉆孔，鉆孔間距為3.0m，深度為5.0m，直徑為42mm，為保證鉆孔注漿效果，鉆孔與工作面頂板呈45°仰角布置，鉆孔終孔位置距頂板垂直距離不得低于3.5m。

（2）鉆孔施工完后，采用型號為HJB-5.5/5.0型高壓雙液注漿泵向鉆孔內(nèi)注射馬麗散漿液，注漿壓力不得低于2.0MPa，注漿液采用馬麗散與催化劑配比為1∶1混合液，注漿時從工作面中部向兩邊依次進行。

（3）為了保證注漿效果，將高壓注漿管埋入鉆孔內(nèi)后，對孔口進行封堵處理，采用膨脹水泥進行封堵，封堵長度為0.5m，封口3h后進行高壓注漿，在注漿期間發(fā)現(xiàn)煤體或鄰孔有漿液滲出時立即停止注漿。

2.2 撞楔超前支護

撞楔超前支護主要是通過對工作面設(shè)計頂板位置施工多組超前支護體，從而對煤體前方應(yīng)力集中區(qū)進行超前支護，防止回采期間受應(yīng)力影響發(fā)生頂板破碎、冒頂事故。

（1）在工作面設(shè)計頂板位置施工一排超前支護鉆孔，鉆孔垂直工作面布置，鉆孔深度為4.0m，直徑為42mm，鉆孔間距為1.0m，鉆孔施工期間嚴格控制施工角度，鉆孔角度上下偏差不得超過±2°。

（2）鉆孔施工完后，及時清理鉆孔內(nèi)煤屑，并依次向鉆孔內(nèi)填裝錨固劑及支護體，每個鉆孔內(nèi)填裝三支錨固劑，分別為一支MSKC23/35型和兩支MSKC23/60型；支護體主要采用長度為4.2m、直徑為25mm高強度左旋無縱筋螺紋鋼錨桿。超前支護體及錨固劑填裝后采用手持式鉆機對其進行錨固，錨固力不得低于120kN。

（3）第一排撞楔超前支護施工完后繼續(xù)進行割煤，當工作面推進3.0m后施工第二排撞楔超前支護，相鄰兩排超前支護交錯布置，且交錯距離為1.0m，直至工作面完全過破碎帶，如圖1所示。

2.3 支架搭梁帶壓擦頂移架

（1）工作面破碎頂板注漿支護及煤壁超前支護施工完后，嚴格控制采煤機滾筒割煤深度，單刀割煤深度不得超過0.5m，且進行分段割煤，每段割煤長度為40m。

（2）采煤機割煤后及時進行帶壓擦頂移架，為了保證支架初撐力及工作阻力，移架時在相鄰兩架支架頂梁上方鋪設(shè)三根長度為3.5m工字鋼梁，鋼梁間距為1.5m。

（3）為了防止頂板壓力大，造成支架出現(xiàn)自卸現(xiàn)象，導致支架工作阻力不足，液壓支架移架到位后，在支架頂梁下方支設(shè)兩架“T”型工字鋼棚，鋼棚“T”型梁垂直煤壁布置。

圖1 81103工作面破碎頂板聯(lián)合維護剖面示意圖

2.4 應(yīng)用效果分析

通過對81103工作面破碎頂板采取“注漿+超前撞楔支護+支架搭梁”等聯(lián)合維護措施后，工作面回采過破碎頂板主要取得以下成效：

（1）采用注漿之后，改善了破碎頂板穩(wěn)定性及承載能力，通過單向抗壓實驗發(fā)現(xiàn)，注漿后煤體單向抗壓強度提高至74MPa，避免了頂板因外力作用出現(xiàn)下沉、破碎、局部冒頂現(xiàn)象，通過現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，回采期間頂板未出現(xiàn)冒頂、大面積破碎現(xiàn)象。

（2）通過對工作面頂板施工撞楔超前支護后，后期回采期間工作面頂板在超前支護作用下，未出現(xiàn)割煤后支架支護不到位頂板垮落事故，降低了頂板壓力對工作面煤壁作用，減少了煤壁片幫現(xiàn)象。

（3）采用支架搭梁法進行帶壓擦頂移架并在支架下方支設(shè)“T”型工字鋼棚，保證支架初撐力及工作阻力。通過對支架測壓儀觀察發(fā)現(xiàn)，采取措施后支架初撐力提高至87.9%,工作阻力提高至92.1%，保證了液壓支架支護效果。

3 結(jié)語

81103工作面破碎頂板采取“注漿+超前撞楔支護+支架搭梁”等聯(lián)合維護措施后，提高了破碎頂板穩(wěn)定性，有效防止了頂板垮落、冒頂事故發(fā)生，保證了工作面安全高效回采，取得了顯著成效。