袁 肖

（山西省晉城無(wú)煙煤集團(tuán)礦業(yè)有限公司寺河礦，山西 晉城 048000）

綜放工作面具有回采效率高、成本低、巷道掘進(jìn)量少、減少搬家次數(shù)等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)普遍應(yīng)用于厚煤層和特厚煤層開(kāi)采中［1］。但由于煤層厚度較大，在構(gòu)造影響區(qū)域，疊加回采期間應(yīng)力轉(zhuǎn)移，容易導(dǎo)致工作面頂板破碎和冒落，對(duì)頂板穩(wěn)定性造成破壞，降低回采效率，若不及時(shí)處理還會(huì)造成頂板大面積垮冒情況［2-4］。目前應(yīng)對(duì)措施主要有搭梁擦頂帶壓移架。若工作面出現(xiàn)高冒區(qū)，則極容易造成頂梁無(wú)法接頂，使液壓支架的支撐力和工作阻力無(wú)法達(dá)到設(shè)計(jì)要求［5］，難以保證整體支護(hù)強(qiáng)度。由于頂板圍巖受到嚴(yán)重破壞，在采動(dòng)應(yīng)力的作用下會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大頂板冒落區(qū)范圍。本文以常村煤礦1704 綜放面開(kāi)采為實(shí)例，探討如何安全快速通過(guò)高冒區(qū)。擬采用注漿加固、人造工作面假頂、撞楔法支護(hù)等綜合防護(hù)措施。實(shí)際應(yīng)用取得了良好的效果。

1 工作面概況

常村煤礦1704 工作面屬一水平七采區(qū)，走向長(zhǎng)2 055 m，傾向長(zhǎng)190 m；主采10#煤層，煤層厚度平均11.5 m；煤層內(nèi)含三層夾矸，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，夾矸巖性為炭質(zhì)泥巖，厚度0.2～0.6 m，總厚度約1.2 m。該工作面的采煤工藝為綜采放頂煤，一次采全高走向長(zhǎng)壁采煤法。采煤機(jī)截煤高度為3.2 m，頂煤垮落厚度8.3 m，采煤順序?yàn)橄雀蠲汉蠓琶?，支架步?.8 m。

地質(zhì)報(bào)告顯示，1704 工作面切眼正前方450 m位置存在一條1.3 m落差、56°傾角的正斷層。從切眼推進(jìn)到433 m處，因地質(zhì)構(gòu)造的應(yīng)力以及相鄰采空區(qū)的影響，出現(xiàn)頂板破碎的情況，直到工作面推進(jìn)至450 m位置附近時(shí)，頂板出現(xiàn)局部高冒區(qū)域，最大冒落高度為2.5 m，最大冒落寬度為2.8 m。在冒落區(qū)域，支架無(wú)法接頂，使支架不能提供足夠的支撐力以及工作阻力。

2 支護(hù)條件分析

厚煤層綜放面在過(guò)高冒區(qū)時(shí)，支護(hù)效果較差，主要原因有煤巖層特性導(dǎo)致的承載力不足、支護(hù)難度大而導(dǎo)致的支護(hù)效果差、施工密集錨孔的擾動(dòng)破壞以及超前應(yīng)力造成的高冒區(qū)擴(kuò)散。

2.1 煤巖層穩(wěn)定性差

1704 工作面回采10#煤層，該煤層因結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其煤巖層穩(wěn)定性差，頂板較為破碎。受工作面采動(dòng)影響，煤層頂板穩(wěn)定性遭到進(jìn)一步破壞，在重力作用下，頂板承載能力降低產(chǎn)生冒落，形成局部高冒區(qū)。

2.2 支護(hù)難度高

高冒區(qū)的冒落高度最大處為2.5 m，在此區(qū)域進(jìn)行支護(hù)時(shí)，由于距頂過(guò)高，需要打設(shè)臨時(shí)的工作臺(tái)，增加錨桿及錨索打設(shè)時(shí)的難度，且存在一定的安全隱患。同時(shí)，冒落后的頂板形狀不規(guī)則，也無(wú)法使用鋼梁等手段進(jìn)一步加強(qiáng)支護(hù)，只能增加錨桿的打設(shè)密度，支護(hù)效果較差。

2.3 受擾動(dòng)影響

由于高冒區(qū)的存在，支護(hù)方式單一，為提高錨桿錨索支護(hù)的強(qiáng)度，增加錨桿錨索的打設(shè)密度，受施工錨孔的擾動(dòng)影響，煤巖層頂板更加破碎。

2.4 高冒區(qū)超前擴(kuò)散

由于10#煤層的不穩(wěn)定性，其煤巖層頂板的承載能力弱，1704 工作面在回采過(guò)程中受構(gòu)造應(yīng)力、相鄰采空區(qū)應(yīng)力以及采動(dòng)應(yīng)力的影響，頂板冒落范圍擴(kuò)散，因采煤后移架速度不能及時(shí)跟上應(yīng)力前移速度，從而造成高冒區(qū)向回采方向擴(kuò)散。

3 加強(qiáng)支護(hù)

為解決1704 工作面高冒區(qū)支護(hù)效果差的問(wèn)題，阻止高冒區(qū)的擴(kuò)散。提出了在高冒區(qū)進(jìn)行全方位、多形式的綜合支護(hù)措施。針對(duì)高冒區(qū)的特點(diǎn)，選擇了注漿加固、人造假頂、撞楔法等加強(qiáng)支護(hù)方式。

3.1 注漿加固

1704 工作面高冒區(qū)因頂板破碎垮落，附近圍巖的整體穩(wěn)定性遭到破壞，存在大量裂隙面，無(wú)法形成有效承載層，需要對(duì)圍巖進(jìn)行注漿加固，充填圍巖的裂隙面，使巖體膠結(jié)形成整體，加強(qiáng)其穩(wěn)定性及承載力。

在冒落頂板以下1.5 m左右區(qū)域進(jìn)行了注漿孔設(shè)計(jì)。本次注漿加固孔打設(shè)數(shù)量為4 個(gè)，打設(shè)深度為3.5 m，孔徑Φ55 mm，鉆孔與高冒區(qū)巖體夾角呈75°布置。注漿孔布置可見(jiàn)圖1。

注漿孔打設(shè)完成后，下設(shè)3.5 m長(zhǎng)套管及注漿軟管后完成封孔，隨后用注漿泵連接注漿軟管后以1.8 MPa的注漿壓力進(jìn)行注漿。

3.2 假頂支護(hù)

1704 工作面高冒區(qū)存在2.5 m的冒落高度，以及冒落后的頂板不規(guī)則，因此支架無(wú)法接頂，不能提供足夠的初撐力來(lái)支撐頂板。在頂板冒落后加設(shè)一層人造工作面假頂并對(duì)其進(jìn)行充填加固，不僅加強(qiáng)了頂板的穩(wěn)定性，還能使支架的支撐力得到發(fā)揮。

人造工作面假頂?shù)募釉O(shè)，見(jiàn)圖1。首先在1704工作面頂板冒落處做3 個(gè)錨索支護(hù)，施工3 個(gè)孔徑為Φ25 mm，孔深為8 m的錨索孔，與頂板呈垂直布置，孔間距設(shè)計(jì)為走向5 m，傾向1 m，錨索孔施工完成后，選擇8.5 m長(zhǎng)，直徑Φ21.8 mm的恒阻大變形錨索，并加入錨固劑進(jìn)行錨固。保證外露錨索長(zhǎng)度小于0.5 m。選用11#工字鋼梁3 根，依次安裝在錨索外露部分，使鋼梁與冒落后的頂板之間形成一個(gè)半球形空間。在鋼梁上表面鋪設(shè)金屬網(wǎng)、廢舊風(fēng)布、道木等充填物。長(zhǎng)型道木需與鋼梁呈井字形鋪設(shè)，使人造工作面假頂與冒落頂板靠實(shí)。

圖1 注漿孔及人造工作面假頂布設(shè)

為進(jìn)一步提高人造工作面假頂?shù)恼w穩(wěn)定性以及與冒落后頂板的接頂強(qiáng)度，選用羅克休膨脹劑對(duì)假頂內(nèi)充填物間隙進(jìn)行加固。該膨脹劑具有安全環(huán)保、膨脹效果好的特點(diǎn)，可保證人造工作面假頂?shù)恼w穩(wěn)定性。

3.3 撞楔法支護(hù)

撞楔法是指在工作面先用楔狀物強(qiáng)行插入破碎巖層中，以擋住頂板或巷道其它部位的巖碴，維護(hù)出一個(gè)安全工作空間，然后進(jìn)行回采工作。1704工作面在回采至450 m處，因斷層構(gòu)造應(yīng)力的影響，造成的高冒區(qū)范圍增加。在過(guò)斷層期間，采用撞楔法對(duì)工作面進(jìn)行超前支護(hù)。

在工作面過(guò)斷層期間，70—81 架之間受斷層影響較大，因此在該區(qū)域前方頂板處打設(shè)第一組長(zhǎng)3 m、直徑Φ24 mm的鋼管，間距0.5 m，共10 根，與前方煤墻呈垂直打設(shè)。完成后，選用長(zhǎng)5.3 m的M卷鋼板將撞楔與頂板固定。隨后工作面以0.6 m的割煤深度進(jìn)行回采，完成4 組割煤共2.4 m后，再打設(shè)第二組撞楔，與第一組撞楔交錯(cuò)布置，重復(fù)割煤與撞楔法支護(hù)，直至工作面完全通過(guò)斷層。

4 效果分析

注漿加固后，1704 工作面高冒區(qū)整體煤巖層的穩(wěn)定性得到顯著提高，圍巖的承載力得到加強(qiáng)，頂板冒落現(xiàn)象得到了有效控制；加設(shè)人造工作面假頂阻止高冒區(qū)頂板的持續(xù)冒落，使冒落區(qū)空頂?shù)玫匠涮罴庸?，極大的改善液壓支架因無(wú)法接頂造成的初撐力及工作阻力，接頂后液壓支架的支護(hù)能力得到了加強(qiáng)；以撞楔法在工作面過(guò)斷層期間進(jìn)行超前支護(hù)，避免了因移架緩慢導(dǎo)致應(yīng)力超前集中破壞工作面頂板，使高冒區(qū)沿回采方向不斷擴(kuò)散；提高了1704 工作面的回采效率，使回采速度從之前的每天推進(jìn)2.8 m提高至5.5 m，為礦井創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)語(yǔ)

常村煤礦在1704 工作面在回采期間，存在因頂板冒落破碎造成的支護(hù)困難、支護(hù)效果差等問(wèn)題；針對(duì)上述問(wèn)題，擬采用注漿加固、人造工作面假頂、撞楔法等綜合支護(hù)措施；應(yīng)用表明，該綜合支護(hù)方案有效地解決了綜放工作面在過(guò)斷層時(shí)出現(xiàn)的支護(hù)強(qiáng)度不足的問(wèn)題。