8311工作面頂板冒落機(jī)理及維護(hù)措施

秦曙亮

（大同煤礦集團(tuán)雁崖煤業(yè)有限公司，山西 大同 037003）

1 概況

大同煤礦集團(tuán)雁崖煤業(yè)公司8311工作面位于三盤區(qū)，工作面東部為盤區(qū)大巷，南部為8312工作面，西部為實(shí)煤區(qū)，北部為8310工作面。8311工作面設(shè)計(jì)走向長度為920m，傾向長度為220m，為了提高回采率，8311運(yùn)輸順槽（2311巷）與8312運(yùn)輸順槽（2312巷）之間預(yù)留6.0m小煤柱。

8311工作面回采煤層為二疊紀(jì)下統(tǒng)山西組4#煤層，平均厚度為3.5m。直接頂主要以炭質(zhì)泥巖為主，平均厚度為4.5m，基本頂主要以粉砂巖為主，平均厚度為7.8m，巖體硬度大。8311工作面采用后退式綜合機(jī)械化回采工藝，全部垮落法處理采空區(qū)，目前工作面已回采580m。

受工作面采動(dòng)應(yīng)力影響，8311工作面回采至576m處位于運(yùn)輸順槽側(cè)119#～116#支架之間的頂板出現(xiàn)破碎冒落現(xiàn)象，冒落區(qū)呈半球型。由于冒落區(qū)巖體垮落，液壓支架支護(hù)效果差，煤壁片幫嚴(yán)重。隨著工作面推進(jìn)，冒落區(qū)范圍逐漸擴(kuò)大，當(dāng)工作面回采至580m處時(shí)，端面空頂距達(dá)3.2m，空頂處冒落高度達(dá)1.5m，威脅著工作面安全回采。

2 工作面冒落原因分析

（1）頂板巖體穩(wěn)定性差。由于8311工作面直接頂主要以炭質(zhì)泥巖為主，巖體單軸抗壓強(qiáng)度不足25MPa，巖體穩(wěn)定性差且裂隙發(fā)育，承載能力低，工作面在回采時(shí)頂板斷裂、破碎現(xiàn)象嚴(yán)重。且隨著工作面不斷推進(jìn)，頂板破碎范圍向頂板深處延伸，當(dāng)頂板無法承載應(yīng)力作用時(shí)出現(xiàn)冒落現(xiàn)象。

（2）頂板應(yīng)力集中現(xiàn)象嚴(yán)重。由于8311工作面實(shí)行小煤柱回采，與8312工作面預(yù)留煤柱寬度僅為6.0m，而8312工作面已回采結(jié)束，受采空區(qū)應(yīng)力影響，工作面小煤柱無法對(duì)頂板應(yīng)力起到預(yù)期支撐作用，導(dǎo)致采空區(qū)應(yīng)力向工作面擴(kuò)展，在運(yùn)順順槽側(cè)出現(xiàn)采空區(qū)應(yīng)力與回采應(yīng)力集中現(xiàn)象，導(dǎo)致頂板冒落。

（3）煤壁片幫嚴(yán)重。由于8311工作面回采煤層為二疊紀(jì)下統(tǒng)山西組煤層，煤層發(fā)育不穩(wěn)定，夾雜多層矸石，煤層呈破碎狀。工作面回采期間受應(yīng)力作用，煤壁片幫嚴(yán)重，造成端面空頂面積加大，工作面液壓支架支護(hù)不及時(shí)，從而導(dǎo)致頂板破碎、冒落現(xiàn)象。

3 頂板冒落區(qū)聯(lián)合維護(hù)措施

為了防止8311工作面冒落范圍擴(kuò)大，提高支架支護(hù)作用，保證工作面安全高效回采，通過技術(shù)研究，決定采取“人工假頂+注漿+施工恒阻組合錨索”等聯(lián)合維護(hù)措施。

3.1 人工假頂施工

（1）首先在端面冒落區(qū)下方施工4架錨索吊棚，吊棚間距為1.0m，吊棚長度為3.5m。每架吊棚主要由一根11#工字鋼梁及兩根長度為8.0m錨索組成，錨索吊棚垂直工作面煤壁布置，吊棚施工完成后確保吊棚面與工作面頂板齊平。

（2）錨索吊棚施工完后，在前三架吊棚上方依次鋪設(shè)菱形金屬網(wǎng)及風(fēng)筒布。金屬網(wǎng)規(guī)格為長×寬=3.5×1.2m，金屬網(wǎng)與工字鋼梁采用鉛絲綁接，在第四架鋼棚處預(yù)留口。

（3）金屬網(wǎng)、風(fēng)帶布鋪設(shè)完成后，在其上方依次鋪設(shè)方型道木，道木鋪設(shè)時(shí)成“井”型布置，如圖1所示。道木鋪設(shè)后確保道木兩端與冒落處煤壁充分接觸，且與冒落處頂板接觸嚴(yán)實(shí)。

（4）道木鋪設(shè)完成后對(duì)第四架吊棚處鋪設(shè)金屬網(wǎng)、風(fēng)筒布進(jìn)行封閉處理，然后對(duì)假頂處埋入一根直徑為20mm注漿軟管，將軟管與高壓注漿泵進(jìn)行連接。對(duì)假頂間隙處注入羅克修膨脹劑，確保膨脹劑完全填充假頂處間隙。

圖1 8311工作面冒落頂板支護(hù)斷面示意圖

3.2 注漿支護(hù)

為了防止煤壁片幫，并提高頂板破碎巖體穩(wěn)定性，決定在工作面施工注漿鉆孔并進(jìn)行注漿施工。

（1）在115#～119#支架之間煤壁施工一排注漿鉆孔，鉆孔排距為2.0m，與頂板間距為1.2m，共計(jì)施工4個(gè)注漿鉆孔。鉆孔深度為5.0m，直徑為40mm，呈60°仰角布置，如圖1所示。鉆孔施工后確保終孔位置位于破碎巖體內(nèi)。

（2）注漿鉆孔施工后在鉆孔內(nèi)埋入直徑為16mm軟管，并采用膨脹水泥或封孔器對(duì)注漿鉆孔進(jìn)行封孔處理，封孔長度為0.5m。

（3）將注漿軟管與注射槍連接，采用高壓注漿泵進(jìn)行注漿施工。注漿液采用聚氨酯混合粘合劑。注漿時(shí)先低壓快速，后高壓慢速，當(dāng)注漿壓力達(dá)到1.5MPa且穩(wěn)定5min后立即停止注漿。

3.3 施工恒阻組合錨索

為了減緩8312采空區(qū)的應(yīng)力作用，提高采空區(qū)側(cè)頂板支撐作用強(qiáng)度，決定在2311巷施工恒阻組合錨索。

（1）恒阻組合錨索主要由一塊規(guī)格為長×寬×厚=1.0×0.5×0.003m鋼托板以及5根長度為8.0m、直徑為21.6mm預(yù)應(yīng)力鋼絞線組成。每塊鋼板焊制5個(gè)直徑為30mm圓孔，其中兩端各兩個(gè)，中間一個(gè)。

（2）2311巷從580m處開始施工組合錨索，組合錨索托板垂直巷道布置，間距為1.5m，施工在距小煤柱1.0m處，相鄰兩排組合錨索交錯(cuò)布置，交錯(cuò)距離為0.5m，2311巷共計(jì)施工10組組合錨索。

4 結(jié) 語

（1）通過對(duì)8311工作面冒落區(qū)施工人工假頂，保證了冒落區(qū)得到完全填充，避免了冒落區(qū)巖體因支護(hù)不到位或支護(hù)效果差破壞范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，提高了支架支護(hù)作用力，支架初撐力提高至87%以上。

（2）通過對(duì)片幫煤體及頂板破碎巖體采取注漿加固技術(shù)，提高了煤巖體膠結(jié)穩(wěn)定性及承載能力，煤體單軸抗壓強(qiáng)度提高至47MPa，巖體單軸抗壓強(qiáng)度提高至64MPa。在后期回采期間未發(fā)生嚴(yán)重片幫現(xiàn)象，端面空頂區(qū)控制在0.5m以下。

（3）在2311巷施工邁步式恒阻組合錨索，提高巷道頂板穩(wěn)定性，減小了采空區(qū)應(yīng)力對(duì)小煤柱應(yīng)力破壞，減小了采空區(qū)應(yīng)力破壞向工作面方向延伸范圍，解決了工作面運(yùn)輸順槽側(cè)頂板應(yīng)力集中現(xiàn)象。