綜采工作面端面冒落區(qū)維護措施研究應(yīng)用

張惠峰

（霍州煤電集團呂臨能化有限公司，山西 呂梁 033200）

0 引言

受回采應(yīng)力、構(gòu)造應(yīng)力影響，綜采工作面在回采期間端面距加大，端面間出現(xiàn)破碎、冒落現(xiàn)象，不僅破壞了頂板穩(wěn)定連續(xù)性，降低了工作面回采速度，而且很容易發(fā)生頂板大面積垮落事故；傳統(tǒng)采用搭梁帶壓擦頂移架法過端面破碎、冒落區(qū)，但是對于高冒區(qū)頂板，傳統(tǒng)方法很容易出現(xiàn)支架頂梁不接頂現(xiàn)象，造成支架初撐力、工作阻力得不到預期值[1]，無法保證支架支護強度，而且高冒區(qū)圍巖遭到剝離破壞嚴重，破壞巖體穩(wěn)定性，在集中應(yīng)力作用下會導致冒落區(qū)范圍進一步擴大；對此，本文以龐龐塔煤礦為例，對704工作面端面冒落區(qū)提出了“注漿+人工假頂+撞楔超前支護”聯(lián)合支護措施。

1 地質(zhì)概況

霍州煤電集團呂臨能化有限公司龐龐塔煤礦704工作面位于井田七采區(qū)，工作面設(shè)計走向長度為2076m，傾向長度為185m，回采煤層為10#煤層，平均厚度為11.8m，煤層結(jié)構(gòu)復雜，煤層中部夾三層碳質(zhì)泥巖（0.3-0.7），夾矸總厚度約為1.3m，巖性多數(shù)為碳質(zhì)泥巖。

704工作面采用一次采全高綜采放頂煤走向長壁采煤法，機采高度3.2m，放頂煤厚度8.6m，單向割煤，一采一放，采用單輪順序放煤方式，采放比1:2.69，割煤步距0.8m，放煤步距0.8m。

根據(jù)礦地測科提供資料顯示，704工作面回采至450m處揭露一條正斷層F1，斷層落差為1.2m，傾角為55°，由于受構(gòu)造應(yīng)力以及西部702工作面采空區(qū)殘余應(yīng)力影響，704工作面回采至430m處頂板出現(xiàn)破碎現(xiàn)象，端面距加大，工作面回采至450m處端面空頂出現(xiàn)出現(xiàn)冒落現(xiàn)象，形成冒落區(qū)，冒落區(qū)位于77#-80#支架之間，高冒區(qū)成半球型，冒落高度達2.4m，冒落最寬處達2.9m；支架在冒落區(qū)處無法接頂，導致支架初撐力、工作阻力無法滿足頂板支護要求。

2 端面冒落區(qū)支護技術(shù)難題

1）圍巖承載能力低：704工作面回采的10#煤層結(jié)構(gòu)復雜，煤體不穩(wěn)定，易破碎，回采期間端面出現(xiàn)冒落時頂煤穩(wěn)定結(jié)構(gòu)遭到破壞，煤體間膠結(jié)穩(wěn)定性差，無法形成穩(wěn)定承載梁，在頂板垂直應(yīng)力作用下，冒落區(qū)圍巖出現(xiàn)剝離破壞[2]，且破壞范圍進一步擴大。

2）支護難度大、效果差：704工作面冒落區(qū)最大冒落高度達2.4m，對冒落區(qū)施工錨桿、錨索支護時難度大，需搭設(shè)工作盤，危險系數(shù)高，同時冒落區(qū)圍巖面成不規(guī)則球形面，無法對巖面施工鋼帶或鋼梁，而傳統(tǒng)的單錨桿、錨索支護屬點性支護，只能對局部圍巖進行支護，對于不穩(wěn)定破碎圍巖支護端面小、效果差。

3）擾動破壞嚴重：采用傳統(tǒng)錨桿、錨索支護時，支護數(shù)量相對較多，在施工支護鉆孔時產(chǎn)生的擾動破壞，增加了不穩(wěn)定巖體裂隙面，進一步破壞了冒落區(qū)巖體穩(wěn)定性。

4）超前應(yīng)力破壞力度強：704工作面冒落區(qū)圍巖承載能力低，在構(gòu)造應(yīng)力及回采應(yīng)力等集中應(yīng)力作用下，頂板破壞區(qū)進一步擴大，由于工作面回采后支架移架不及時，造成隨著應(yīng)力前移，冒落區(qū)沿回采方向范圍擴大。

3 端面冒落區(qū)聯(lián)合維護措施

霍州煤電集團呂臨能化有限公司為了防止冒落區(qū)進行一步擴大，決定對冒落區(qū)采取“注漿+人工假頂+撞楔超前支護”聯(lián)合維護措施。

3.1 注漿加固圍巖

受冒落影響704工作面冒落區(qū)及其附近煤巖體整體結(jié)構(gòu)已破壞，煤巖體膠結(jié)穩(wěn)定性差，承載力低，傳統(tǒng)的錨索網(wǎng)支護不能滿足施工要求，所以必須通過注漿對圍巖進行加固，通過人工方法使不穩(wěn)定煤巖體形成承載梁[3]。

1）通過對704工作面冒落區(qū)圍巖觀察發(fā)現(xiàn)，冒落區(qū)范圍擴大主要由煤巖體玻璃破壞產(chǎn)生的，主要集中在破壞區(qū)頂板往下1.5m范圍內(nèi)，所以決定在此處施工環(huán)形注漿鉆孔。

2）鉆孔與冒落區(qū)巖體成75°夾角布置，鉆孔深度為3.5m，采用MT-30型鉆機配套中空鉆桿以及直徑為50mm“八”字型鉆頭進行鉆孔施工，冒落區(qū)圍巖共計施工4個注漿鉆孔。

3）鉆孔施工完后對鉆孔內(nèi)埋入注漿軟管，并在注漿鉆孔孔口處安裝封孔器，將注漿軟管與注漿槍連接，采用型號為ZKSY90-100型雙液注漿機進行注漿施工，注漿液為馬麗散與催化劑配備為1:1混合液，注漿壓力為1.8MPa。

4）由于注漿位置較高，在鉆孔施工及注漿施工過程中需在工作面搭設(shè)工作盤，工作盤采用直徑為300mm原木搭設(shè)而成，高度以適宜施工為主，工作盤必須牢固可靠，施工期間應(yīng)安排專人對工作盤牢固情況進行觀察[4]。

3.2 人工假頂施工

人工假頂主要是對人工對冒落區(qū)施工假頂并對間隙處充填膨脹劑，達到假頂目的，從而對冒落區(qū)圍巖進行支撐作用。

1）首先在距冒落區(qū)1.0m處圍巖各施工三個錨索支護孔，孔深為8.0m，鉆孔直徑為25mm；鉆孔走向間距為1.0m，傾向間距為5.0m，鉆孔垂直頂板布置。鉆孔施工完后依次在鉆孔內(nèi)填裝錨固劑及長度為8.3m，直徑為21.6mm恒阻錨索，并采用鉆進進行錨固，錨固后錨索外露長度控制在0.5m范圍內(nèi)。

2）所有錨索安裝后，在錨索外露端依次安裝一根長度為5.0m工字鋼梁，共計3根，鋼梁與錨索之間采用鎖具進行固定，并使鋼梁面緊貼工作面頂板。

3）鋼梁安裝后在在鋼梁面與冒落區(qū)之間依次鋪設(shè)金屬網(wǎng)、風帶布以及道木，道木與鋼梁交錯布置，且相鄰兩層道木之間成“井”字型布置，直至道木與冒落區(qū)頂板接觸嚴實，如圖1所示。

4）為了防止冒落區(qū)出現(xiàn)有害氣體集聚現(xiàn)象，同時為了提高假頂與圍巖接觸嚴實，人工假頂施工完后，采用注漿泵對假頂間隙處注射羅克修膨脹劑，該化學填充劑具有填充速度快、膨脹系數(shù)高、填充效果好等優(yōu)點[5]。

3.3 撞楔超前支護

為了防止工作面回采期間受支架頂梁切頂破壞以及集中應(yīng)力作用，造成工作面冒落區(qū)進行一步擴大，在過F1斷層期間對工作面頂板施工一排撞楔超前支護。

1）704工作面撞楔超前支護施工在75-82#支架前方煤壁設(shè)計頂板位置，每組撞楔超前支護由10根長度為3.0m，直徑為25mm的鋼管組成，鋼管間距為0.5m，超前支護垂直煤壁布置。

2）第一組撞楔超前支護施工完成后，在其外露端安裝一根長度為5.0m，M型鋼帶并采用錨桿將超前支護與頂板進行固定。

3）第一組撞楔超前支護施工完后，工作面回采時采煤機截割深度控制0.6m以內(nèi)，當工作面回采2.5m后施工第二組撞楔超前支護，且相鄰兩組超前支護交錯式疊加布置，疊加長度為0.5m，在疊加處同樣施工一根M型鋼帶進行固定，依次類推直至工作面完全過斷層帶。

圖1 704工作面端面冒落區(qū)聯(lián)合支護斷面示意圖

4 結(jié)束語

霍州煤電集團呂臨能化有限公司龐龐塔煤礦針對704工作面過F1斷層帶時，頂板出現(xiàn)冒落，造成支架支護不足、回采速度降低等現(xiàn)象，通過技術(shù)研究決定對冒落區(qū)采取“注漿+人工假頂+撞楔超前支護”聯(lián)合維護措施，通過實際應(yīng)用取得了顯著應(yīng)用成效。

1）注漿支護提高了冒落區(qū)圍巖穩(wěn)定性，使圍巖裂隙得到充分填充膠結(jié)，注漿后冒落區(qū)圍巖單軸抗壓強度由原來的11MPa提高至57MPa,改變了圍巖力學性質(zhì)，提高了圍巖承載作用。

2）通過對冒落區(qū)施工人工假頂，不僅充填了冒落空間，防止了冒落區(qū)瓦斯集聚現(xiàn)象，而且人工假頂可對冒落區(qū)圍巖進行支護作用，降低了構(gòu)造應(yīng)力對圍巖破壞作用；同時施工人工假頂后使支架頂梁能夠完全、接觸假頂面，使支架初撐力、工作阻力提高至85%以上，保證了支架支護強度。

3）通過對工作面施工撞楔超前支護使工作面應(yīng)力區(qū)進行超前支護，防止因工作面回采后移架不及時，造成集中應(yīng)力對工作面頂破壞作用，避免了冒落區(qū)范圍進一步擴大,提高了工作面回采速度，由原來的3.1m/d，提高至6.2m/d。