綜采工作面過中部漏頂區支護技術應用

王星慧

（晉能控股煤業集團野川煤礦，山西 晉城 048400）

1 概述

晉能控股煤業集團野川煤礦3205 工作面位于井田邊界西南部，東鄰二采區膠帶巷，南邊、西邊為井田邊界保安煤柱，北邊為設計3205 膠帶順槽。3205 工作面設計走向長度為906 m，傾向長度為185 m，回采煤層為3#煤層，煤層平均厚度5.8 m，局部含夾矸，夾矸厚度約0～0.02 m。煤層頂底巖性見表1。

表1 3#煤層頂底板巖性匯總表

2 工作面漏頂區及漏頂機理

2.1 工作面漏頂區

3205 工作面回采至320 m 處時，位于75#～86#支架之間頂板出現漏頂。漏頂最大高度為2.8 m，長度為18.4 m，寬度2.5～3.2 m，漏頂區呈不規則半圓狀。漏頂區頂板巖體錯亂布置，主要為破碎狀泥巖、碎石，工作面推進受頂板冒漏影響出現煤壁片幫現象。現場觀察發現，工作面回采至325 m 位于78#～83#支架前方煤壁片幫深度達2.1 m，煤壁與頂板之間夾角為76°，支架過冒漏區時頂梁出現“鏤空”現象，支架工作阻力小，起不到預期支護效果，如圖1。

圖1 3205 工作面漏頂示意圖

2.2 工作面漏頂機理

2.2.1 地質構造影響

工作面回采至317 m 和320 m 處，在工作面中部分別揭露兩條正斷層。斷層平均落差為1.4 m，傾角為50°，兩條斷層隨著工作面推進疊加布置。工作面煤巖體在兩條斷層切割作用下呈破碎狀。

2.2.2 集中應力破壞

工作面正常回采時位于工作面前方30 m 范圍內出現超前應力區，當工作面揭露斷層后斷層應力與回采應力疊加作用，對斷層附近煤巖體產生剪切作用，導致煤巖體力學結構強度降低，造成煤巖體破碎、冒漏現象。

2.2.3 支架支護強度低

工作面頂板未出現冒漏時，通過支架初撐力及工作阻力對頂板進行有效支護，但是當頂板出現破碎、冒漏后，支架在冒漏區時頂梁出現不接頂現象，支架對冒漏區頂板無法完全支護，導致頂板巖體松散垮落；同時支架在斷層區支護時，支架頂梁對破碎區巖體產生切頂破壞作用，增加了巖體破壞力度。

2.2.4 上覆采空區影響

根據地質資料顯示，3205 工作面310～360 m 段上覆為小窯采空區，層間距為17 m。通過鉆孔窺視發現，受采空區影響，層間巖體裂隙發育，巖體破壞嚴重，巖體承載強度降低。

3 冒頂區支護技術

為了防止工作面冒漏區范圍擴大，決定對3205工作面冒頂區采取“淺深孔注漿加固+人工假頂+超前穿梁”聯合支護技術[1-5]。

3.1 淺深孔注漿加固

3.1.1 注漿目的

采用淺孔注漿對冒漏區圍巖進行二次重組加固，提高巖體整體抗壓強度以及承載能力。同時，注漿液可對巖體表層裂隙進行填充，防止應力釋放時對裂隙巖體產生剪切破壞作用；采用深孔注漿可超前對構造區巖體進行加固，形成帷幕圈，起到抗壓防水作用。

3.1.2 鉆孔布置參數

（1）淺孔布置參數。注漿淺孔布置在75#～86#支架頂梁前方0.5 m 處，鉆孔布置間距為3.0 m，鉆孔深度為3.0 m，鉆孔與頂板布置夾角為70°。

（2）深孔布置參數。注漿深孔布置在78#～82#支架頂梁前方1.0 m 處，鉆孔布置間距為0.8 m，鉆孔深度為15 m，鉆孔布置成扇形，且鉆孔與頂板之間布置夾角為55°。

3.1.3 注漿材料選取

（1）注漿材料采用新型無機注漿材料，主要由50%的水泥熟料、43%的石膏以及6%的生石灰組成。其中水泥熟料中添加減水劑、緩凝劑以及增稠劑，配比為1:0.6:0.9。新型無機注漿材料最小凝固時間為45 s，凝固體抗壓強度為21 MPa。

（2）新型無機注漿材料注入煤巖體裂隙后發生水化反應時與煤巖體內部的活性離子發生化學、物理以及生物反應，反應后生成的產物可對煤巖裂隙進行填充，增加了破碎煤巖體致密性，提高了煤巖體與注漿材料之間的范德華力。同時，在反應過程中分子與離子之間進行交換，提高了圍巖膠結強度。

3.2 人工假頂施工

為了保證支架能夠順利通過冒頂區，冒頂區注漿后決定對75#～86#支架前方施工人工假頂。

（1）首先在75#～86#支架頂梁前方施工5 組錨索，錨索長度為6.0 m，直徑為17.8 mm，錨索布置排距為3.0 m，間距為2.0 m，第一排錨索布置在前探梁前方0.3 m 處。

（2）錨索施工完后，在每組錨索下方安裝一根長度為2.5 m 槽鋼。槽鋼平面向下，共計吊掛5根槽鋼，槽鋼吊掛時必須拉水平線保證安裝后槽鋼位于同一水平面上。

（3）槽鋼安裝后在相鄰兩根槽鋼上方鋪設工字鋼梁，鋼梁與槽鋼之間采用卡纜進行固定。工字鋼梁鋪設完后在其以上依次鋪設鋼筋網、油布以及道木，道木長度為2.0 m，道木呈“口”字型布置，道木鋪設后必須與冒漏區接頂，如圖2。

（4）人工假頂施工后，采用注漿泵對假頂間隙填充羅克休膨脹劑。羅克休主要由樹脂、催化劑等部分組成，配比為4:1。填充后膨脹時間為3～5 min，膨脹體積為30～50 倍。

3.3 超前穿梁施工

為了防止在斷層區回采時出現頂板超前破碎現象，在75#～86#支架前方煤壁穿梁堵漏頂施工。

（1）首先采用手持式鉆機在頂板處垂直煤壁施工穿梁鉆孔，鉆孔深度為3.0 m，穿梁鉆孔間距為1.0 m，鉆孔直徑為125 mm。

（2）鉆孔施工完后，對鉆孔內安裝工字鋼梁。工字鋼梁端頭切割為凹型結構，并卡扣在假頂槽鋼上。工作面回采時若頂板出現冒漏及時在鋼梁上方鋪設道木。

4 效果

（1）對冒漏區采取淺深孔注漿加固后，起到有效的防堵防漏作用，增加了冒漏區巖體間內摩擦角，控制了頂板冒漏現象。

（2）對冒漏區施工人工假頂后，解決了支架過冒漏區頂梁不接頂造成初撐力、工作阻力不足等問題。同時，施工人工假頂后可對冒漏區起到填充封堵作用，防止冒漏區煤體氧化自燃以及瓦斯積聚。

（3）對工作面施工超前穿梁后，實現了工作面煤巖體超前支護，防止了集中應力對煤巖體超前破壞，避免了工作面回采時在集中應力作用下端面破碎、煤壁片幫現象。