綜采工作面端面破碎頂板控制技術(shù)的應(yīng)用

楊三濤

（晉能控股煤業(yè)集團鐵峰煤業(yè)有限公司，山西 朔州 037200）

1 8811 工作面概述

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

8811 工作面設(shè)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?fàn)睿瑓⒉顮睿严栋l(fā)育，煤層夾有3～4 層夾矸，均為泥巖。煤層賦存條件穩(wěn)定，工作面整體為一向斜構(gòu)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(xiàn)破碎現(xiàn)象，通過及時移架進行了有效控制；于12 月6 日早班時，該區(qū)域頂板支護難度加大，且伴隨著煤壁片幫現(xiàn)象發(fā)生；于12 月6 日夜班時，該區(qū)域頂板第一次出現(xiàn)冒漏現(xiàn)象，冒漏深度為1.2 m，工作面在該區(qū)域移架難度大，支架初撐力不足設(shè)計值的75%，嚴(yán)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(wěn)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(wěn)定性差，煤層內(nèi)含多層夾矸且多以炭質(zhì)泥巖為主，夾矸破壞了煤體整體穩(wěn)定性，同時工作面回采時受放煤工藝以及超前應(yīng)力影響，煤體產(chǎn)生裂隙發(fā)育現(xiàn)象，導(dǎo)致煤體出現(xiàn)局部破碎。

2.2 地質(zhì)構(gòu)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(xué)結(jié)構(gòu)降低，特別是在斷層帶附近，煤體破碎嚴(yán)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(xiàn)破碎現(xiàn)象，液壓支架在破碎區(qū)域初撐力及工作阻力達不到設(shè)計值，支架支護效果差，導(dǎo)致支架上方煤巖體應(yīng)力破壞作用加劇，無法對頂板起到預(yù)期支護效果。

3 端面破碎頂板聯(lián)合支護技術(shù)

3.1 邁步式錨索棚支護

為了提高破碎端面頂板穩(wěn)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(yán)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(qū).聯(lián)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(lián)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(yīng)力作用下出現(xiàn)超前破碎現(xiàn)象，并通過注漿支護來提高破碎煤巖體整體膠結(jié)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(xiàn)頂板超前破碎現(xiàn)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(yán)實。

4 應(yīng)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(wěn)定，完全過應(yīng)力破碎區(qū)；工作面回采至556 m處時，工作面頂板停止施工聯(lián)合支護。通過對工作面在過頂板破碎區(qū)時的現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，工作面端面破碎頂板施工聯(lián)合支護后，在后期回采過程中頂板破碎現(xiàn)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(xiàn)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(yīng)用成效。