綜采工作面端面破碎頂板聯(lián)合控制技術(shù)應(yīng)用

姚錦飛

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)華陽(yáng)煤礦， 山西 晉城 048000）

1 15101 綜采工作面概述

晉能控股煤業(yè)集團(tuán)華陽(yáng)煤礦工作面南側(cè)為15煤軌道大巷，東側(cè)為15101 運(yùn)輸順槽，西側(cè)為15101回風(fēng)順槽，北側(cè)為井田邊界，靠近礦界4 號(hào)點(diǎn)，已留設(shè)井田邊界煤柱。北側(cè)靠近葦町煤礦,根據(jù)交換資料顯示該礦目前開(kāi)采9 號(hào)煤層，副斜井已送至15號(hào)煤層。

15101 綜采工作面傾斜長(zhǎng)為150 m，走向長(zhǎng)為941 m，工作面回采煤層為15 號(hào)煤層，煤層平均厚度為2.5 m，煤層厚度變化不大，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單—復(fù)雜，含0～5 層夾矸。15 號(hào)煤屬穩(wěn)定可采的中厚煤層，回采范圍內(nèi)煤層厚度穩(wěn)定。15 號(hào)煤為黑色—灰黑色半亮型煤，似金屬光澤，以條帶—均一結(jié)構(gòu)，粒狀，階梯狀斷口為主，貝殼狀次之，條痕為黑色，裂隙較為發(fā)育，常見(jiàn)黃鐵礦充填。根據(jù)井田內(nèi)鉆孔15 號(hào)煤層為低灰、特低揮發(fā)分、中高流、高固定碳、特高熱值無(wú)煙煤二號(hào)。

15101 采煤工作面裝備ZT9600/18/35 型、ZT7800/20/42 型端頭液壓支架；ZTC19300/18/35 型、ZTC27500/18/35 型超前支架和ZZ7800/20/42 型液壓 支 架 、SGZ764/320 型 刮 板 輸 送 機(jī) 和MG250/600-WD 型采煤機(jī)，工作面采煤實(shí)行一次采全高開(kāi)采方式。

2 工作面回采現(xiàn)狀及問(wèn)題分析

2.1 工作面回采現(xiàn)狀

15101 工作面采用MG250/600-WD 型采煤機(jī)割煤時(shí)割煤深度為0.8 m，工作面采用一次性移架方式，截止2020 年9 月18 日工作面已回采680 m，工作面回采過(guò)程中主要采用液壓支架進(jìn)行頂板支護(hù)，頂巖隨著工作面推進(jìn)逐漸垮落至采空區(qū)內(nèi)，工作面回采至668 m 處時(shí)工作面1 號(hào)-17 號(hào)支架前方開(kāi)始出現(xiàn)煤壁片幫現(xiàn)象，片幫量隨著工作面推進(jìn)逐漸加大，當(dāng)工作回采至675 m 處時(shí)端面頂板伴隨著破碎現(xiàn)象，端面距達(dá)1.7 m，液壓支架在破碎區(qū)初撐力及工作阻力不足78%，導(dǎo)致工作面回采速度慢、安全系數(shù)低，制約著工作面安全高效回采[1-2]。

2.2 主要存在的問(wèn)題

1）斷層影響：15101 工作面回采至664 m 處揭露一條斷層，斷層從工作面頭部17 號(hào)支架向工作面頭部延伸，斷層落差為1.7 m，傾角為45°，為逆斷層，斷層與工作面斜交布置，受斷層影響破壞了工作面煤體連續(xù)穩(wěn)定性，降低了工作面頂板整體承載能力，導(dǎo)致頂板巖體以及煤壁在應(yīng)力作用下，出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象，造成端面距破碎、端面距加大以及煤壁片幫等。

2）支架支護(hù)強(qiáng)度低：工作面回采過(guò)程中主要采用液壓支架對(duì)頂板進(jìn)行支護(hù)，支架支護(hù)時(shí)主要利用頂梁對(duì)頂板進(jìn)行支撐，通過(guò)單體柱對(duì)頂梁施加支撐作用力，從而實(shí)現(xiàn)支護(hù)作用；而當(dāng)頂板出現(xiàn)裂隙或破碎后，支架作用力無(wú)法集中作用在完整的巖體上，作用力在破碎巖體里出現(xiàn)釋放，釋放過(guò)程中會(huì)對(duì)裂隙巖體產(chǎn)生一個(gè)剪切破壞作用，支架支護(hù)效果差，而且加劇了頂板破碎力度。

3）圍巖穩(wěn)定性差：15101 工作面回采的15 號(hào)煤層穩(wěn)定性差，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，工作面在回采過(guò)程中受采動(dòng)影響以及構(gòu)造應(yīng)力作用，煤壁出現(xiàn)剝離破壞作用，導(dǎo)致煤壁片幫嚴(yán)重；同時(shí)工作面之間主要為泥巖及砂巖混合層，巖體整體穩(wěn)定性差，易破碎，在應(yīng)力作用下承載強(qiáng)度降低，出現(xiàn)破碎、斷裂現(xiàn)象。

3 端面破碎頂板聯(lián)合控制技術(shù)

3.1 支護(hù)工藝

1）15101 工作面回采至680 m 處時(shí)及時(shí)調(diào)整工作面?zhèn)涡?，并清理工作面機(jī)道內(nèi)浮煤，將液壓支架前移至工作面，保證工作面端面空頂距控制在0.3 m以下，并打開(kāi)液壓支架護(hù)幫板。

2）采用手持式鉆機(jī)在工作面煤壁上施工一排注漿鉆孔，鉆孔布置在1 號(hào)-17 號(hào)支架前方，鉆孔開(kāi)口位置距頂板間距為1.5 m，鉆孔直徑為45 mm，深度為5.0 m，鉆孔仰角為45°。

3）支護(hù)鉆孔施工完后對(duì)鉆孔進(jìn)行注漿施工，注漿工序?yàn)椋喊惭b注漿軟管→安裝注漿泵→膨脹水泥封孔→注漿施工，注漿液采用水玻璃與水泥混合液，配比為1∶8。

4）注漿完成3 h 工作面方可繼續(xù)回采，回采時(shí)采煤機(jī)在該區(qū)域切割深度控制在0.8 m 以下，割煤完成后，及時(shí)對(duì)1 號(hào)-17 號(hào)支架進(jìn)行超前移架，及時(shí)控制煤壁及頂板破碎現(xiàn)象。

5）注漿完成后在割煤過(guò)程中當(dāng)端面距大于0.5 m時(shí)，及時(shí)對(duì)端面頂板鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)采用直徑為8 mm 圓鋼交錯(cuò)編制而成，網(wǎng)格規(guī)格為50 mm×50 mm，鋼筋網(wǎng)長(zhǎng)度為1.5 m，寬度為1.2 m，相鄰兩片鋼筋網(wǎng)搭接寬度為0.2 m。

6）鋼筋網(wǎng)鋪設(shè)完成后，在鋼筋下方施工一排玻璃鋼錨桿，錨桿長(zhǎng)度為2.0 m，直徑為20 mm，錨桿布置間距為1.0 m，錨桿外露端安裝一塊直徑為25 mm玻璃鋼托盤(pán)，玻璃鋼錨桿布置排距為1.5 m。

15101 工作面端面破碎頂板支護(hù)平面示意圖如圖1 所示。

圖1 15101 工作面端面破碎頂板支護(hù)平面示意圖（單位：mm）

3.2 應(yīng)用效果分析

截止目前15101 工作面已回采到位，通過(guò)對(duì)工作面過(guò)斷層期間頂板采取聯(lián)合控制措施后，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀察發(fā)現(xiàn)，聯(lián)合支護(hù)技術(shù)控制了工作面煤壁片幫現(xiàn)象，后期回采過(guò)程中，煤壁最大片幫深度不足0.5 m，片幫長(zhǎng)度不足1.5 m；同時(shí)提高頂板穩(wěn)定性，控制頂板破碎、斷裂現(xiàn)象，后期回采過(guò)程中頂板未出現(xiàn)冒漏以及垮落事故，液壓支架在斷層應(yīng)力區(qū)中初撐力及工作阻力提高至95%以上，防止了因支架支護(hù)強(qiáng)度不足導(dǎo)致頂板垮落事故的發(fā)生，避免支架倒架、陷架現(xiàn)象[3-5]。

4 結(jié)語(yǔ)

晉能控股煤業(yè)集團(tuán)華陽(yáng)煤礦對(duì)15101 工作面破碎頂板采取聯(lián)合控制技術(shù)后，通過(guò)實(shí)際應(yīng)用效果來(lái)看，達(dá)到了預(yù)期的圍巖控制目的，控制了圍巖破碎現(xiàn)象，取得了顯著應(yīng)用成效，為工作面同類型地質(zhì)條件提供實(shí)踐依據(jù)。