綜采工作面回撤通道破碎頂板控制技術應用

文/馬良慧 王建軍

華亭煤業集團山寨煤礦礦井為一井兩面生產格局，單水平上下山開拓，采用走向長壁綜采放頂開采方法，全部垮落法管理頂板。礦井25021綜采工作面為礦井二采區第21個工作面，主采煤層為煤5層。因煤5層抗壓強度及堅固性差，松軟易垮落，在工作面末采期間，前方形成孤島煤柱，煤柱應力集中程度高，裂隙發育，回采期間全段頂煤薄厚不均，加之工作面上段頂煤變薄，煤頂易碎，無法沿穩定層位推進，同時部分支架初撐力不足，致使頂板垮冒嚴重，回撤通道掛網支護難度大，頂板管理十分困難。為保證頂板穩定，實現安全高效回撤，山寨煤礦逐漸探索出采取壓注馬麗散、組合錨索加強支護的方案，有效控制了靠近煤柱薄厚不均、破碎的頂板煤層，為安全回撤創造了條件。

一、工作面地質概況

山寨煤礦25021綜采工作面設計開采煤層為煤5層,煤層結構簡單，傾向在SW70°～75°之間，傾角7°～12°,煤層厚度29～32m,平均煤厚30.7m，上分層平均厚度約為12m。含夾矸1～3層，厚度在0.05～0.3m，巖性以泥巖、炭質泥巖為主。

25021工作面傾向長度為190m，推進長度為900m，主采煤層抗壓強度在2.68～19.28Mpa之間，平均為10.77M p a；抗拉強度為0.26～1.53Mpa，平均為0.62Mpa；堅固系數為1.3～2.9，平均為1.9。煤層硬度f為2～3，層理發育，節理發育，煤質疏松，易垮落。煤層偽頂以薄層狀砂質泥巖、泥巖及炭質泥巖為主，松軟易垮落，機械強度及堅固性都很差，易風化破碎，遇水變軟膨脹。直接頂板多以中——薄層狀灰黑色泥巖、砂質泥巖為主，偶夾薄層灰黑色粉砂巖。老頂為深灰色粉砂巖、各粒級的淺灰——灰白色砂巖及含礫砂巖，厚度不穩定。

二、頂板冒落分析

2018年4月22日，25021綜采工作面回采至864m，距離回撤通道26m時，工作面煤壁突然破碎，整個冒落過程分為三個階段:第一階段是78#-95#液壓支架前探梁前部、上部矸石垮落，大塊矸石冒落高度為2m；第二階段為擴大階段，38#-52#支架出現小范圍破碎頂板，69#-106#支架上部冒落高度最高達到8m；第三階段為措施控制階段，4月29日左右冒頂得到逐步控制，直到5月3日，通過采取注漿加固、加強支護措施，頂板全部得到控制，后期在回撤通道施工時采用組合錨桿使頂板得到進一步控制。

究其頂板冒落原因，是由于在25021工作面末采期間，前方形成孤島煤柱，煤柱應力集中程度高，裂隙發育，工作面全段頂煤薄厚不均，無法沿一穩定層位推進，加之部分支架初撐力不足，導致支架上方頂板極易發生垮冒現象，同時掛網支護也非常困難。

三、回撤通道施工關鍵技術

1.注漿加固

采用3輪壓注馬麗散加固頂板。注漿工藝流程:打注目標注漿孔——固定注漿泵——注漿——停止——依次循環。

第一輪注漿為開始掛網時，在工作面架前頂板破碎區域打注目標注漿孔，孔深6m，角度與水平夾角為30°～45°，預計注漿量10t。第二輪注漿為距離煤壁10.4m(第7網支護后)，在工作面60#支架以上段注漿，間距6m，孔深6m，角度與水平夾角為30°～45°，注漿壓力不小于6MPa,預計注漿量10t。第三輪注漿為距離煤壁5.6m(第13網支護后)，注漿參數同第二輪。

2.加強巷道支護

為解決回撤通道頂板破碎的問題，確保頂板支護穩定，對回撤通道支護分3段進行支護。

(1)工作面開始掛網至第13網，工作面6 0#支架以上段采用長短錨索“一、一”插花布置，同一型號錨索間距為1600mm，排距為800mm長錨索型號為φ22×8300mm，短錨索型號為φ22×4500mm;工作面6 0#支架以下段采用錨桿+長錨索“一、一”插花布置，錨桿采用φ20×2800mm，錨索采用φ22×8300錨索，錨桿間距為1600mm，錨索間距為1600mm，排距為800mm。在支架頂梁前端頂板上鋪單層金屬網，掛五孔托梁，打注的錨索、錨桿要求全部打注在托梁上面,掛網期間，金屬網長邊搭接100～150mm，短邊搭接200～300mm，用14#鐵絲綁扎聯網，雙絲雙扣，孔孔相聯。如圖1所示。

圖1 回撤通道支護設計圖

(2)第14至第20網，工作面全段采用長短錨索“一、一”插花布置進行加強支護，錨索型號為Φ22×8300mm及Φ22×4500mm礦用錨索，間距1600mm,排距800mm,該段要求采用4mm鋼帶代替五孔托梁，錨索全部打注在鋼帶上。重點是在第16和第17網之間沿回撤通道方向布置一排組合錨索，組合錨索間距為8m，共23組，每組由4根φ22×8300mm錨索配合厚12mm、尺寸600×600mm的鋼板及錨桿托板組成，錨索施工角度為斜向四角各60°，如圖2所示。

圖2 組合錨索設計圖

(3)工作面上出口打設8組錨索梁，每組采用廢舊11#工字鋼配合3根φ22×8300mm錨索打設，正中間錨索垂直向上,兩側錨索各向兩側帶75°打設。另外,每根錨桿配1支K2335和1支Z2360錨固劑錨固，每根錨索配1支K2335和2支Z2360錨固劑錨固,錨桿預緊力不小于100KN·m,錨索預緊力不小于150KN。

四、效果及結論

根據本研究與實踐，可以得出以下結論。

1.經過第一輪壓注馬麗散后，頂板破碎冒落現象明顯穩定，經過第二輪、第三輪壓注后，頂板再無破碎現象，為回撤通道頂板支護創造了很好條件。

2.通過采取分段實施支護工藝技術，減少了材料消耗，降低了職工勞動強度，提高了破碎頂板處理工作效率，最重要的是破碎頂板在掛網至第7網時得到了控制，為實現安全回撤創造了條件。

3.通過采用組合錨索加強支護技術，使原本煤層薄的頂板穩定性更好，增強了巷道的穩定性，在設備回撤期間沒有發生頂板垮落變形現象。

總之，面對工作面末采期間前方形成孤島煤柱，致使頂板垮冒嚴重，回撤通道掛網支護難度大，頂板管理十分困難的問題，為保證頂板穩定，實現安全高效回撤，山寨煤礦逐漸探索出采取壓注馬麗散、組合錨索加強支護的方案，有效控制了靠近煤柱薄厚不均、破碎的頂板煤層，為安全回撤創造了條件，也為今后回撤相同地質煤層積累了技術經驗。