大采高工作面破碎圍巖控制技術研究

孔憲法

大采高工作面開采過程中的礦壓顯現(xiàn)較為劇烈，常出現(xiàn)頂板破碎、煤壁片幫、支柱折損等現(xiàn)象，尤其是在地質(zhì)構造區(qū)域。目前該方面的研究多集中在圍巖變形破壞的機理揭示與預測等方面，而在圍巖控制方法與技術方面的研究較少。方新秋等針對軟煤綜放條件下煤壁片幫嚴重的問題，提出了對煤壁片幫嚴重區(qū)域采用打木錨桿來控制煤壁穩(wěn)定。王兆會等針對斷層構造處高幫煤壁穩(wěn)定性惡化且難以支護的問題，提出了重型設備“低割煤高度、高初撐力、高護幫高度”結合煤壁注漿的綜合過斷層措施，有效改善了煤壁控制效果，提高了開機率。楊勝利等針對大采高工作面煤壁片幫嚴重影響生產(chǎn)的實際，提出了“棕繩+注漿”的煤壁片幫防治柔性加固技術。這些控制方法有的不具有普適性，有的較為復雜，在實際中會影響生產(chǎn)效率。因此，研究大采高工作面開采中的破碎圍巖控制技術具有重要的意義。

本文在分析晉華宮礦8204大采高工作面的圍巖破壞特征的基礎上，提出對破碎頂板實施錨索補強、對煤壁注馬麗散加固的技術手段，給出配套的安全管理措施，并探討了取得的經(jīng)濟效益。

1 8204工作面地質(zhì)條件概況

8204工作面所采煤層為12#煤，煤層厚4.3～5.4m，平均厚度為4.6m，煤層傾角2°～10°，平均6°。工作面走向長度為1700m，傾向長度為163m，平均埋深300m。圖1為8204工作面綜合柱狀圖，由圖可知，該工作面無偽頂，直接頂為厚10.94m的細砂巖，老頂為厚9.44m的粉細砂巖，直接底為粉砂巖。

當晉華宮礦8204工作面推采至1060m時，回風順槽煤柱支承壓力增大，工作面63#～70#支架頂板破碎嚴重，頂板破碎高度3m左右，煤壁片幫2～3m。

2 大采高工作面破碎圍巖控制技術研究

2.1 大采高工作面頂板破碎區(qū)域支護技術

為了保證頂板完整，形成整體，支護材料使用φ17.8mm錨索進行支護，支護方案如圖3所示。

2.1.1支護施工位置：74#～尾。①錨索規(guī)格：長度8m，直徑17.8mm。托板使用規(guī)格為250mm×250mm×16mm的方鋼板。②錨索間排距：工作面74#～尾，每架施工1根架間錨索;每5架施工1個錨索堆。錨索堆周邊4根錨索長度為6m，中間1根錨索長度為8m。錨索直徑為17.8mm。錨索堆中錨索間距為300mm，托板使用600mm×600mm×16mm的方鋼板。錨索堆采用三花布置，如圖3（a）所示。

2.1.2支護施工位置：工作面機道頂板嚴格按照上述支護措施施工完畢并保證施工質(zhì)量后再進行此階段。因此工作面范圍內(nèi)機道矸石多，部分支架高度不夠，機組無法通過，所以此范圍需處理支架行程和割煤，當具備施工錨索支護條件后按照上述措施進行支護，支護方式與上述方式完全相同。

2.1.3施工要求：①此階段工作面架間錨索和錨索堆全部施工斜拉錨索，錨索與水平面夾角60°，錨索和錨索堆排距均為0.8m，如圖3（b）所示。因支架頂梁與前探梁長度和為5.13m，所以此階段共施工8排。②施工錨索從支架鉆入的頂板露出閃檐開始，且優(yōu)先在煤壁炸幫較大處施工錨索。③機組每行走一個機身長度，開始施工錨索。采用割一段支護一段的方式進行。每一段支護范圍為10個支架（17.5m）。

2.1.4特殊時期頂板支護技術措施：①在上述兩階段期間，當工作面頂板壓力顯現(xiàn)大，煤壁片幫嚴重，超過最小控頂距時，需在片幫處頂板按照上述要求補打支護。②由于8204工作面高抽巷與尾巷工作面煤壁水平距離為20米，受集中應力影響，在上述兩階段范圍，工作面70#～80#加密錨索堆支護，每隔3架施工一錨索堆。③沒有護幫板的支架，在支架前探梁下使用錨鏈固定2根3米11#工字鋼維護頂板。

2.2煤壁注馬麗散加固技術

為了防止煤壁片幫，在上述推進期間，在頭尾巷工作面?zhèn)?0m范圍內(nèi)及工作面30#～85#范圍內(nèi)注射馬麗散加固煤壁，每隔5m施工一個鉆孔，注馬麗散加固煤壁。此范圍內(nèi)必須經(jīng)過注馬麗散加固后才能采用采煤機割煤，否則嚴禁開動采煤機。工作面注一茬馬麗散后可以推進1個循環(huán)，再進行下一茬馬麗散注射。

在工作面頂板下200mm處布置兩排鉆孔，孔深6m，上排孔傾角10°～25°，下排孔垂直煤壁，孔徑φ42mm，孔間距2m，可根據(jù)現(xiàn)場煤壁炸幫情況適當調(diào)整，如圖4所示。上排孔注馬麗散主要目的是充填巖石裂隙，使上部破碎巖層形成整體。下排孔注馬麗散主要目的是固定充填煤壁裂隙，使破碎煤壁形成整體，排距0.5m。封孔器埋深2～2.5m，每孔注馬麗散量不少于20桶，注馬麗散時每孔時間不少于20分鐘，注馬麗散壓力小于10MPa。

2.3開采工藝

2.3.1割煤方式：采用單向割煤，機組上頭割實刀，下尾返空刀。在第一階段，即頂板破碎階段，機組每行走一個機身長度，開始施工錨索。采用割一段支護一段的方式進行。每一段支護范圍為10個支架（17.5m）。在第二階段，即工作面支架鉆入穩(wěn)定巖層后，采用正常單向割煤工藝。

2.3.2推溜工序：從尾向頭推溜。

2.3.3移架工序：從尾向頭移架，嚴格執(zhí)行擦頂移架、追機移架作業(yè)。

3應用及經(jīng)濟效益

通過對8204工作面頂板施工錨索及注馬麗散等技術，不僅為工作面正常推進創(chuàng)造了良好條件，還為晉華宮礦12#煤層開采節(jié)省了成本，共計節(jié)省人工、材料、設備維修等費用共計91.5萬元。

4結論

通過對晉華宮8204大采高工作面的圍巖破碎特征分析，對破碎頂板采取了斜拉錨索加強支護，成功將頂板上部不穩(wěn)定巖層固定，防止頂板破碎冒落，使工作面支架能夠順利通過;通過對工作面破碎區(qū)域煤壁注入馬麗散，將松散煤壁連接，降低了工作面煤壁大面積片幫概率，為機組順利進刀創(chuàng)造有利條件。利用此圍巖控制技術可節(jié)約成本約91.5萬元，為類似條件下的破碎圍巖控制起到了指導作用。

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