綜采工作面過陷落柱頂板控制技術應用

王 建 中

（山西高平科興申家莊煤業有限公司 ，山西 晉城 048400）

0 引 言

由于陷落柱破壞了煤體穩定性及圍巖力學性質，綜采工作面過陷落柱時經常出現煤壁片幫、頂板破碎等現象，存在很多技術難題，主要表現在以下幾方面：頂板破碎維護難度大、支架支護效果差、工作面推進速度慢端面空頂距大等；在過陷落柱過程中若對頂板不采取合理有效的控制措施，不僅降低了支架支護效果，加大了工作面機械設備損壞率，降低工作面回采效率，而且很容易發生頂板冒落事故，威脅工作面安全高效生產。本文以申家莊煤礦N11503 工作面為例，對工作面過X4 陷落柱時主要存在技術難題進行分析，提出了合理有效頂板控制措施，并對應用效果進行分析總結。

1 概 述

山西高平科興申家莊煤業有限公司N11503 綜采工作面井下相對位于主水平北一采區東北部，往北為N11505 備用面（在掘），往南為N11501 設計工作面（未掘），往西為主水平回風大巷、膠帶大巷、軌道大巷，往東為保安煤柱。

N11503 綜采工作面走向長度為880m，傾向長度為150m，工作面回采煤層為15# 煤層，15 號煤層全區穩定，結構簡單～較簡單，為穩定的全區可采煤層。位于太原組一段頂部，K2 灰巖之下，平均厚度為4.04m，平均傾角為4°，煤厚變異系數值（γ）為18%，全區穩定可采。其煤層結構簡單～較簡單，含0～2 層矸石，矸石成分多為炭質泥巖或灰黑色泥巖。

15# 煤層無偽頂，基本頂主要以炭質泥巖為主，平均厚度為4.2m，基本頂主要以石灰巖為主，平均厚度為7.8m，工作面采用綜合機械化回采工藝，截止目前工作面已回采400m。

2 X4 陷落柱參數及回采期間存在技術難題

2.1 X4 陷落柱參數

根據申家莊煤礦地測科提供資料顯示，N11503工作面回采至507m 處揭露一條陷落柱，陷落柱位于工作面67#- 52# 支架前方煤壁，陷落柱成橢圓狀，短軸長度為23m（傾向），長軸長為45m（走向），通過對陷落柱鉆孔探測發現，陷落柱腔體內填充物主要為不規則碎狀泥巖及砂巖，巖體膠結穩定性差，陷落柱貫穿整個煤層。

2.2 過陷落柱主要存在的技術難題

1）工作面在回采期間由于頂板陷落柱破碎嚴重，且與液壓支架頂梁接觸不緊密，過陷落柱時支架頂梁與陷落柱處頂板無法進行有效支護，導致液壓支架對頂板支撐力達不到標準，很容易造成液壓支架頂梁損壞及頂板垮落事故。

2）由于陷落柱內填充巖體硬度低且粘接性差,工作面在過陷落柱期時，若不能采取有效措施對陷落柱頂板進行支護，強行帶壓擦頂通過，會導致液壓支架頂梁以及采煤機及其它設備損壞嚴重，甚至會發生因支護不到位造成頂板頂板整體垮落事故。

3） 受陷落柱影響，造成與陷落柱膠結處煤體穩定性極差，煤體剪切破壞嚴重，導致距陷落柱10m 范圍內煤體嚴重，工作面回采時出現出現大面積片幫現象，如果不能在工作面通過陷落柱前采取有效的加固措施，很可能造成工作面無法推進。

3 過陷落柱頂板控制技術

為了保證N11503 工作面安全順利過X4 陷落柱，通過研究決定，在過陷落柱前通過注漿技術對煤體進行加固，過陷落柱期間采用“撞楔超前支護+ 恒阻錨索吊棚”聯合措施對頂板進行維護。

3.1 過陷落柱前煤體維護措施

1） 在N11503 工作面回采至497m（距陷落柱10m）處，施工人員在70#- 50# 支架前方煤壁施工一排間距為5m、深度為1.0m 的注漿鉆孔，注漿鉆孔的施工位置距工作面頂板間距為2.0m 處，且鉆孔角度為10°仰角，共計施工5 個，如圖1 所示。

圖1 N11503 工作面過X4 陷落柱頂板聯合支護剖面示意圖

2） 當全部注漿鉆孔施工完畢后，工作人員采用高壓注漿泵分別對各鉆孔進行馬麗散注漿，待頂煤穩定后再帶壓擦頂移架。

3） 在第一排注漿鉆孔馬麗散全部凝固后（2h后），采煤機開始割煤，待采煤機回采5m 后停止割煤，施工人員在割完的煤壁前施工第二排注漿鉆孔。

第二排注漿鉆孔參數與第一排相同。為了確保工作面完全順利通過陷落柱，工作面煤壁共施工10 排注漿鉆孔。

3.2 過陷落柱期間頂板維護措施

3.2.1 撞楔超前支護施工

1）當工作面揭露斷層后在工作面設計頂板位置施工一排支護鉆孔，支護鉆孔的間距為2m、深度為4.0m，支護鉆孔的鉆徑設計為40mm，支護鉆孔同樣施工在70#- 50# 支架前方煤壁上，共計施工鉆孔15個。

2）當全部支護鉆孔施工完畢后，在每個鉆孔內依次填充加長樹脂錨桿與錨固劑，樹脂錨桿長度為4.0m，直徑為30mm，并手持式鉆機進行錨固，錨桿錨固后必須保證錨桿與煤壁垂直。

3）第一排超前支護完成后，采煤機開始割煤，單刀割煤深度控制在0.5m 以下，采煤每割煤長度達50m 后及時進行推移刮板輸送機及支架，移架時必須保證支架帶壓擦頂移架。

4）當工作面推進3.5m 后施工第二排超前支護鉆孔，相鄰兩排支護孔疊加交錯布置，疊加距離為0.5m。

3.2.2 錨索吊棚施工

為了進一步提高過陷落柱期間頂板穩定性，決定對陷落柱處頂板施工邁步式恒阻錨索吊棚。

1） 恒阻錨索吊棚主要由一根11# 工字鋼梁以及兩根恒阻錨索組成，工字鋼梁長度為3.5m，鋼梁上焊制兩個直徑為30mm 錨索穿孔，孔間距為1.8m；恒阻錨索長度為5.0m，直徑為21.6mm。

2） 當工作面揭露陷落柱后開始對頂板施工錨索吊棚，錨索吊棚與煤壁平行布置，每排布置10 架恒阻錨索吊棚，錨索吊棚排距為1.5m，且相鄰兩排吊棚邁步式布置。

4 應用效果分析

截止 2019 年 4 月 22 日，N11503 工作面已完全過X4 陷落柱，過陷落柱期間共計用時9d，平均回采速度為5.5m/d；通過對陷落柱處破碎頂板采取聯合控制措施后，在過陷落柱期間未發生頂板冒落現象，頂板下沉量控制在0.12m 以下，支架初撐力、工作阻力提高至89%以上，大大提高了支架支護效果，保證了工作面安全高效回采。