綜采工作面端面破碎頂板控制技術的應用

楊三濤

（晉能控股煤業集團鐵峰煤業有限公司，山西 朔州 037200）

1 8811 工作面概述

晉能控股煤業集團鐵峰煤業有限公司南陽坡煤礦8811 工作面井下位于408 盤區東部，北部為落差65 m 的斷層，南部為408 盤區巷，西部設計為8809工作面，東部為8813 備采工作面。

8811 工作面設計走向長度為180 m，傾向長度為1 034 m，工作面回采煤層為5 號層。煤層以黑色，半暗煤為主，弱瀝青光澤，夾少量亮煤細條帶，斷口平坦狀，參差狀，裂隙發育，煤層夾有3～4 層夾矸，均為泥巖。煤層賦存條件穩定，工作面整體為一向斜構造，中部高，南北底，煤層平均厚度為9.77 m，平均傾角為3°。

8811 工作面采用綜合機械化回采工藝，截至2020 年12 月7 日，工作面已回采至520 m。于12 月5 日工作面回采時，位于45 號—67 號液壓支架前方的頂板第一次出現破碎現象，通過及時移架進行了有效控制；于12 月6 日早班時，該區域頂板支護難度加大，且伴隨著煤壁片幫現象發生；于12 月6 日夜班時，該區域頂板第一次出現冒漏現象，冒漏深度為1.2 m，工作面在該區域移架難度大，支架初撐力不足設計值的75%，嚴重制約了工作面的安全高效回采。

2 端面頂板破碎機理

2.1 頂煤不穩定

8811 工作面采用放頂煤回采工藝，回采高度為3.5 m，留頂煤厚度為6.27 m，而工作面回采的9 號煤層穩定性差，煤層內含多層夾矸且多以炭質泥巖為主，夾矸破壞了煤體整體穩定性，同時工作面回采時受放煤工藝以及超前應力影響，煤體產生裂隙發育現象，導致煤體出現局部破碎。

2.2 地質構造影響

8811 工作面回采至480～640 m 處共揭露8 條小斷層，斷層平均落差為0.9 m，平均傾角為42°，斷層主要分布在工作面10 號—75 號支架前方，受斷層群影響，煤體整體力學結構降低，特別是在斷層帶附近，煤體破碎嚴重，承載強度減弱。

2.3 支架阻力不足

工作面回采至520 m 處，頂板出現破碎現象，液壓支架在破碎區域初撐力及工作阻力達不到設計值，支架支護效果差，導致支架上方煤巖體應力破壞作用加劇，無法對頂板起到預期支護效果。

3 端面破碎頂板聯合支護技術

3.1 邁步式錨索棚支護

為了提高破碎端面頂板穩定性以及承載能力，決定對斷面頂板施工邁步式錨索棚支護。

1）邁步式錨索棚支護在10 號—75 號支架前方端面破碎頂板處進行施工，吊棚與工作面傾向平行布置，在工作面回采至520 m 處時，將工作面液壓支架移架到位，并清理機道處浮煤。

2）8811 工作面破碎頂板處施工的錨索吊棚長度為3.5 m，每架吊棚主要由寬度為13 mm 的槽鋼以及2 根錨索組成，2 根錨索施工在相鄰兩架支架之間，吊棚施工時槽鋼平面與頂板接觸嚴實。

3）第一排錨索吊棚施工在支架前方0.4 m 處，相鄰兩排錨索吊棚排距為1.2 m，且兩排錨索吊棚呈交錯邁步式布置，直至工作面完全過破碎區.聯合支護平面示意圖如下頁圖1 所示。

圖1 8811 工作面端面破碎頂板聯合支護平面示意圖（mm）

3.2 注漿支護

1）注漿支護主要對工作面煤體及工作面前方頂板進行加固，防止破碎煤巖體在應力作用下出現超前破碎現象，并通過注漿支護來提高破碎煤巖體整體膠結能力，特別是提高頂板的承載能力。

2）每次注漿施工均在10 號—75 號支架前方煤壁距頂板1.3 m 處施工，鉆孔間距為3.0 m，排距為5.0 m，鉆孔深度為5.0 m，直徑為45 mm，鉆孔以45°仰角進行布置。

3）支護鉆孔施工完后，在鉆孔處安裝注漿管，并將其與注漿泵進行連接，注漿液采用聚氨酯漿液，注漿時逐孔進行施工，單孔注漿時間為15 min，注漿完成后及時對注漿孔進行封孔施工。

3.3 超前管棚支護

為了防止工作面出現頂板超前破碎現象，決定在割煤前對工作面頂板施工一排超前管棚支護。

1）在10 號—75 號支架前方頂板處施工一排垂直于煤壁的超前管棚支護，管棚支護體長度為3.2 m，直徑為30 mm，超前管棚支護時與煤壁垂直角在垂直方向上允許的偏差角度為2°，水平方向上允許的偏差角度為3°。

2）8811 工作面掘進至820 m 處時，對工作面頂板施工第一排超前管棚支護，相鄰兩排管棚支護排距為3.0 m，且呈交錯式布置；在管棚支護施工完成后進行移架時，需保證支架頂梁與超前管棚支護接觸嚴實。

4 應用效果

截至2020 年12 月15 日，8811 工作面已回采至560 m。工作面回采至554 m 處時工作面頂板已趨于穩定，完全過應力破碎區；工作面回采至556 m處時，工作面頂板停止施工聯合支護。通過對工作面在過頂板破碎區時的現場觀察發現，工作面端面破碎頂板施工聯合支護后，在后期回采過程中頂板破碎現象得到了有效控制，最大端面距控制在0.4 m 以下，頂板未出現垮落、冒落，后期工作面支架初撐力及工作阻力提高至92%以上，取得了顯著應用成效。