聯(lián)合支護技術(shù)在端面破碎頂板中的應(yīng)用

楊仁禮

（山西焦煤集團霍州煤電豁口煤業(yè)公司，山西 臨汾 041000）

1 8809工作面概況

山西焦煤集團霍州煤電豁口煤業(yè)公司8809 工作面東北部與8808 工作面相鄰，西南、東南部為臨午公路保安煤柱，西北部與小煤礦破壞區(qū)隔離煤柱相鄰。設(shè)計走向910 m，可采走向長度590 m，傾斜長度（切眼0～280 m）為120 m，（280～590 m）為190 m。

8809 工作面回采煤層為9 號、10 號合并煤層，煤層厚度為5.4～5.6 m，平均厚度為5.5 m，傾角為3°～18°，平均傾角為11°，煤層硬度系數(shù)為1～2，煤種為肥煤，較穩(wěn)定。煤層直接頂主要為K2 灰?guī)r，平均厚度為10.11 m；老頂以泥巖、石灰?guī)r、煤、粉砂巖混合巖層為主，平均厚度為30 m；直接底以灰黑色泥巖為主，平均厚度為3.0 m。該工作面煤層結(jié)構(gòu)簡單，厚度穩(wěn)定，平均煤厚為5.5 m，局部含有1～2 層0.2～0.7 m碳質(zhì)泥巖夾矸。煤層整體賦存形式為背斜構(gòu)造一翼。

2 工作面回采現(xiàn)狀

2.1 回采工藝

工作面采用單一走向長壁后退式綜合機械化低位放頂煤采煤法，全部垮落法管理采空區(qū)頂板[1]。機組最大截深0.63 m，考慮到放頂煤步距及頂煤回收率等因素，采用邊割邊放工藝，根據(jù)設(shè)備的配套關(guān)系，確定循環(huán)進度為0.5 m。工作面割煤高度為2.5 m，放煤高度3.0 m，每刀必須將所有頂煤全部放完。工作面共安裝液壓支架為ZTZ10000/21/32（端頭架）1 架、ZF4600/19/30（中間架）前期77 架，后期121 架、ZFG48000/21/32（過渡架）5/7 架（過渡支架布置方式前期為工作面頭部2 架、工作面尾部3 架；后期為工作面頭部2 架、中部3 架、工作面尾部2 架）。采煤機采用MG170/410-WD 型，前刮板輸送機采用SGZ630/400 型，后刮板輸送機采用SGZ764/500 型，轉(zhuǎn)載機采用SZZ764/200 型，破碎機采用PCM110 型。截至目前工作面已回采450 m，工作面回采至447 m處位于工作面機頭處揭露一條正斷層，斷層落差為1.8 m，傾角為59°，斷層從回風(fēng)順槽向工作面巖體內(nèi)延伸，對工作面走向影響長度為45 m，傾向影響長度為51 m。

工作面在前期回采過程中頂板及煤壁相對穩(wěn)定，當(dāng)工作面揭露斷層后工作面圍巖出現(xiàn)嚴(yán)重應(yīng)力顯現(xiàn)現(xiàn)象[2-3]，主要表現(xiàn)在：煤壁片幫嚴(yán)重，煤壁片幫后造成煤壁與頂板之間出現(xiàn)斜角，同時煤壁片幫后工作面端面距加大，實測最大端面距達1.7 m，導(dǎo)致端面距不能及時支護，端面頂板破碎嚴(yán)重；支架在過端面破碎頂板時，由于頂板破碎嚴(yán)重，造成支架初撐力、工作阻力不足現(xiàn)象，局部支架出現(xiàn)倒架、陷架故障。

2.2 工作面圍巖破碎機理

1）煤層賦存影響：8809 工作面回采的煤層為9號與10 號合并煤層，煤層整體穩(wěn)定性差，9 號與10號煤層間夾雜多層矸石，煤層在回采時煤層內(nèi)原巖應(yīng)力釋放，造成煤體內(nèi)出現(xiàn)裂隙區(qū)，當(dāng)工作面回采至斷層區(qū)后，構(gòu)造應(yīng)力沿煤體裂隙進行擴張卸壓，造成煤體裂隙區(qū)范圍擴大，破壞了原煤巖體力學(xué)結(jié)構(gòu)。

2）回采工藝影響：8809 工作面采用低位放頂煤回采工藝，工作面回采煤層厚度為2.5 m，放煤厚度為3.0 m，由于頂煤穩(wěn)定性差，在回采過程中煤壁落后后，煤壁對頂板支撐面積減小、支撐作用力降低，導(dǎo)致端面頂板失穩(wěn)現(xiàn)象，頂板承載能力降低，頂板應(yīng)力向煤壁傳遞，造成煤壁片幫，煤壁片幫后增加了端面距，從而造成頂板破碎嚴(yán)重。

3 “注漿+梯形錨棚”聯(lián)合支護技術(shù)

為了保證8809 工作面能夠在斷層中快速推進，控制斷層區(qū)煤壁片幫、頂板破碎等應(yīng)力顯現(xiàn)現(xiàn)象，決定對工作面煤壁及頂板采取注漿加固以及施工梯形錨棚支護。

3.1 注漿加固

受煤層賦存影響以及集中應(yīng)力作用下，煤體類出現(xiàn)裂隙區(qū)，隨著裂隙區(qū)不斷擴大，煤體出現(xiàn)剪切破壞，所以通過研究決定對煤壁及頂板施工注漿鉆孔，通過注漿的手段對裂隙巖體進行重組，對裂隙帶進行填充，杜絕空氣氧化作用[4]。

1）注漿鉆孔布置在工作面煤壁及斷面破碎頂板上，在鉆孔施工前先將刮板輸送機上煤矸全部運輸，同時將支架移架到位，并將采煤機移至機頭處。

2）注漿鉆孔從14 號支架向1 號支架方向施工，煤壁上鉆孔開口位置位于距頂板1.0 m 處，鉆孔深度為5.0 m、直徑為45 mm，鉆孔與頂板布置仰角為45°，鉆孔布置間距為3.0 m；頂板鉆孔直徑為45 mm，深度為3.0 m，鉆孔與頂板仰角為60°，鉆孔布置間距為3.0 m，頂板鉆孔與幫鉆孔交錯布置。

3）8809 工作面煤壁及頂板注漿鉆孔施工完后，對鉆孔內(nèi)安裝注漿軟管并在孔口處安裝封孔器，將注漿軟管與注漿泥沙泵連接進行注漿施工，為了降低注漿成本，注漿液采用水玻璃與水泥砂漿混合漿液。

4）在進行頂板注漿鉆孔施工時必須搭設(shè)工作盤，嚴(yán)禁作業(yè)人員站立在刮板輸送機電纜架上或油桶上，鉆孔施工期間嚴(yán)禁鉆機下方站人，防止釬桿受力折斷傷人。

5）注漿鉆孔施工時必須保證鉆孔壁完好，一旦出現(xiàn)鉆孔塌孔現(xiàn)象必須重新補打鉆孔，鉆孔在注漿前必須采用封孔器將孔口封堵嚴(yán)實，若孔口煤壁松軟且出現(xiàn)垮落現(xiàn)象時，必須安裝孔口管。

3.2 梯形錨棚支護

通過現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，工作面頂板出現(xiàn)破碎、斷裂現(xiàn)象其中重要原因是頂板支護不到位，由于破碎區(qū)頂板處支架無法對頂板施加足夠的初撐力，造成頂板松垮現(xiàn)象[5]，所以決定在支架支護頂板前，對端面處頂板施工一排梯形錨棚支護。

3.2.1 錨棚支護方案

傳統(tǒng)頂板施工的錨棚支護主要包括JW 型鋼棚、工字鋼棚等，JW 型鋼棚支護強度高、支護截面積大，但是對于放頂煤工作面如果頂板施工JW 型鋼棚支護時，后期放煤難度大，而且JW 型鋼棚支護成本費用高；而工字鋼棚支護時由于支護截面積小，支護時工字鋼對頂板會產(chǎn)生切頂破壞作用，加劇頂板破碎[6-7]。綜上，決定對8809 工作面端面頂板施工玻璃鋼梯形鋼棚。

3.2.2 支護結(jié)構(gòu)

玻璃鋼梯形鋼棚支護主要由梯形梁、玻璃鋼加長錨桿以及玻璃鋼托盤等部分組成，梯形梁由6 根長度為3.5 m、直徑為20 mm 玻璃鋼錨桿組成，通過夾板進行固定，梯形梁寬度為0.4 m，加長玻璃鋼錨桿長度為3.5 m，確保錨桿錨固后施工直接頂上，每架梯形錨棚配套2 根玻璃鋼錨桿。

3.2.3 施工工藝

1）在14 號支架前方頂板開始施工玻璃鋼梯形棚，首先施工3 個錨桿支護孔，孔深為3.4 m，直徑為25 mm，鉆孔布置間距為2.0 m，鉆孔施工完后采用錨固劑錨固3 根玻璃鋼錨桿。

2）玻璃鋼錨桿施工完后在其外露端安裝梯形梁以及玻璃鋼托板，并采用螺母進行預(yù)緊，梯形棚布置間距為1.5 m，如圖1 所示。

圖1 8809 工作面斷層區(qū)頂板支護平面示意圖（單位：mm）

4 實際應(yīng)用效果分析

截至2021 年12 月13 日8809 工作面已回采至512 m，工作面已過斷層區(qū)，通過對斷層區(qū)煤壁及頂板采取注漿加固、梯形錨棚支護，工作面在后期回采時通過現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，工作面煤壁及頂板采取注漿加固后，大大提高了破碎煤巖體結(jié)塊率，提高了煤巖體承載能力，同時巖體的單軸抗壓強度也有所提高；對工作面斷面頂板施工梯形錨棚支護后，解決了因支架支撐強度低、支護不及時出現(xiàn)頂板端面破碎現(xiàn)象，取得顯著應(yīng)用成效。