回采面超前應(yīng)力區(qū)冒頂支護(hù)技術(shù)應(yīng)用

陳鑫鑫

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)生產(chǎn)技術(shù)部，山西大同037001）

1 概述

晉能控股煤業(yè)集團(tuán)王家?guī)X煤業(yè)有限公司18102 工作面位于一采區(qū)南翼，長(zhǎng)1472.5m,寬240m。工作面北部為回風(fēng)立井井筒，南部為井田邊界保護(hù)煤柱，西部、東部為實(shí)體煤。掘進(jìn)巷道不受采空區(qū)積水威脅，據(jù)目前調(diào)查井田內(nèi)及周邊未發(fā)現(xiàn)私自開(kāi)采的小窯。

18102工作面回采煤層為4#煤層，區(qū)內(nèi)煤層為二疊系山西組，煤巖層總體近南北走向，呈向西傾斜的單斜構(gòu)造，煤層產(chǎn)狀260°～275°，煤層傾角為4°～9°,平均6°左右，經(jīng)濟(jì)可采厚度為2.3～4.1m，平均3.2m。該巷道延南北走向布置，局部有起伏。結(jié)合前期地質(zhì)鉆孔分析，區(qū)內(nèi)未揭露大型斷層、褶皺等地質(zhì)構(gòu)造。以往地質(zhì)工作和目前采掘活動(dòng)均未發(fā)現(xiàn)本井田巖漿巖侵入現(xiàn)象。煤層頂?shù)装鍘r性如表1所示。

表1 18102工作面回采的4#煤層頂?shù)装鍘r性表

2 工作面回采現(xiàn)狀

2.1 回采現(xiàn)狀

18102工作面采用綜合機(jī)械化回采工藝，截止目前工作面已回采498m，工作面回采至487m處位于機(jī)尾處揭露一條正斷層F7，斷層落差為1.7m，傾角為54°，斷層侵入煤體后，煤體出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象，主要表現(xiàn)在頂板破碎、煤壁片幫等，在回采過(guò)程中通過(guò)及時(shí)移架、控制空頂距以及減小割煤深度等手段有效控制了圍巖破碎現(xiàn)象。

但是由于受超前應(yīng)力以及構(gòu)造應(yīng)力集中破壞作用，回風(fēng)順槽頂板出現(xiàn)下沉、離層以及冒漏現(xiàn)象，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀察發(fā)現(xiàn)，工作面在揭露斷層后5.0m 范圍回風(fēng)順槽頂板出現(xiàn)明顯下沉現(xiàn)象，當(dāng)工作面回采至495m處時(shí)回風(fēng)順槽頂板出現(xiàn)局部破碎、斷裂，當(dāng)工作面回采至498m 處時(shí)回風(fēng)順槽超前工作面7～11m 處頂板出現(xiàn)冒漏，冒漏高度為2.4m，冒漏長(zhǎng)度為4.0m,寬度為3.5m，冒漏區(qū)內(nèi)圍巖主要以煤及泥巖混合層為主。

2.2 回風(fēng)順槽原支護(hù)設(shè)計(jì)

18102回風(fēng)順槽原頂板永久支護(hù)主要采用錨桿、錨索、金屬網(wǎng)、W型鋼帶聯(lián)合支護(hù)：

（1）頂板采用的錨桿長(zhǎng)度為2.5m，直徑為22mm，每排布置5根錨桿，錨桿垂直頂板布置，錨桿布置間排距為1.0m，錨桿外露長(zhǎng)度控制在10～50mm 范圍內(nèi)，同一排錨桿外露端安裝一根長(zhǎng)度為4.2m“W”型鋼帶。

（2）頂板錨索采用長(zhǎng)度為6.3m，直徑為17.8mm 預(yù)應(yīng)力鋼絞線，每排布置3根錨索，錨索獨(dú)立布置，錨索布置間距為1.8m，排距為3.0m，錨索外露端安裝一根長(zhǎng)度為0.8m工字鋼梁。

2.3 頂板冒漏機(jī)理

（1）頂巖穩(wěn)定性差：18102 回風(fēng)順槽頂板主要泥巖為主，局部含有4#層煤線，巖體單軸抗壓強(qiáng)度不足30MPa，巖體成層狀結(jié)構(gòu)，整體穩(wěn)定性差，在回采過(guò)程中受應(yīng)力作用巖體出現(xiàn)剝離破壞作用[1-6]，造成頂板破碎。

（2）集中應(yīng)用影響：工作面回采過(guò)程中受構(gòu)造應(yīng)力、回采應(yīng)力等集中應(yīng)力影響，工作面頂板出現(xiàn)裂隙發(fā)育帶，且隨著工作面推進(jìn)裂隙區(qū)范圍不斷擴(kuò)大，從而對(duì)頂板產(chǎn)生剪切作用，破壞頂板完整性，同時(shí)應(yīng)力在裂隙區(qū)進(jìn)行釋放[7-8]，加劇了裂隙帶范圍擴(kuò)大，導(dǎo)致頂板冒漏。

（3）支護(hù)強(qiáng)度低：原頂板采用的錨桿（索）支護(hù)時(shí)錨固段受裂隙帶影響，造成錨桿（索）錨固失效現(xiàn)象嚴(yán)重[9]，造成支護(hù)失效率高，錨桿（索）支護(hù)起不到預(yù)期支護(hù)拱作用，降低了支護(hù)效果。

3 冒漏區(qū)頂板加強(qiáng)支護(hù)技術(shù)

為了防止18102回風(fēng)順槽冒漏區(qū)范圍擴(kuò)大，提高冒漏區(qū)頂板穩(wěn)定性，決定對(duì)冒漏區(qū)頂板采取注漿、組合錨索以及人工假頂聯(lián)合支護(hù)。

3.1 注漿支護(hù)

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀察發(fā)現(xiàn)，冒漏區(qū)頂及附近圍巖產(chǎn)生高密度裂隙從而造成頂板破碎、斷裂，同時(shí)也加劇了頂板冒漏范圍擴(kuò)大，所以決定對(duì)冒漏區(qū)及附近巖體采取注漿進(jìn)行加固。

（1）首先對(duì)冒漏區(qū)附近巖體布置注漿鉆孔，鉆孔施工為主距冒漏區(qū)間距為0.5m，鉆孔圍巖冒漏區(qū)進(jìn)行布置，共計(jì)布置5個(gè)注漿鉆孔，鉆孔垂直頂板布置，鉆孔深度為3.0m，直徑為45mm。

（2）冒漏區(qū)附近頂板注漿鉆孔施工完后，對(duì)頂板冒漏區(qū)內(nèi)施工注漿鉆孔，由于冒漏高度大，在進(jìn)行注漿鉆孔施工時(shí)需搭設(shè)工作盤(pán)，冒漏區(qū)內(nèi)共計(jì)布置4個(gè)注漿鉆孔，鉆孔深度為5.0m，直徑為45mm。

（3）注漿鉆孔施工完后，對(duì)鉆孔內(nèi)進(jìn)行高壓注漿施工，注漿材料采用聚氨酯有機(jī)化學(xué)材料，注漿壓力為2.0 MPa。

3.2 組合錨索施工

為了進(jìn)一步提高冒漏區(qū)附近圍巖整體穩(wěn)定性，在冒漏區(qū)前后共計(jì)施工兩排組合錨索進(jìn)行加固。

（1）第一排組合錨索施工在距冒漏區(qū)邊緣1.0m，共計(jì)布置三組組合，組合錨索布置間距為2.0m，第二排錨索施工在冒漏區(qū)另一邊緣1.0m處，同樣布置三組，如圖1所示。

圖1 18102工作面冒漏區(qū)支護(hù)示意圖

（2）18102回風(fēng)順槽頂板采用的組合錨索主要由一塊長(zhǎng)度及寬度為0.5m，厚度為6mm 的鋼板以及三根錨索組成，鋼板上布置三個(gè)錨索鉆孔，鉆孔直徑為30mm的錨索支護(hù)孔；組合錨索配備的三根錨索，兩根長(zhǎng)度為8.3m，直徑為17.8mm，一根長(zhǎng)度為10.3m，直徑為17.8mm。

（3）首先在指定頂板上采用錨索鉆機(jī)施工錨索鉆孔，鉆孔施工后對(duì)鉆孔內(nèi)錨注錨索，每根錨索采用三根錨固劑進(jìn)行錨固，錨索安裝后外露長(zhǎng)度控制在0.3m 范圍內(nèi)，最后對(duì)錨索外露端安裝托板并采用鎖具進(jìn)行預(yù)緊，預(yù)緊力不得低于290kN。

3.3 人工假頂施工

為了防止冒漏區(qū)出現(xiàn)瓦斯積聚現(xiàn)象，決定對(duì)冒漏區(qū)處施工人工假頂，具體施工工藝如下：

（1）首先在冒漏區(qū)下方施工三根錨索吊棚，每架錨索吊棚長(zhǎng)度為4.2m，錨索吊棚與巷道垂直布置，吊棚布置間距為2.5m，錨索吊棚主要由一根長(zhǎng)度為4.2m 工字鋼梁以及兩根長(zhǎng)度為4.5m錨索組成。

（2）錨索吊棚施工完后保證三架吊棚位于同一水平面上且與設(shè)計(jì)頂板布置間距為0.2m；在三架吊棚上方依次鋪設(shè)金屬網(wǎng)以及風(fēng)筒布，金屬網(wǎng)與吊棚之間采用8#鉛絲進(jìn)行捆綁。

（3）在金屬網(wǎng)上方搭設(shè)道木，道木長(zhǎng)度為2.0m，道木之間采用“井”字形布置，道木鋪設(shè)到位后必須與冒漏區(qū)頂板接觸嚴(yán)實(shí)；道木鋪設(shè)完成后采用張拉千斤對(duì)錨索吊棚進(jìn)行預(yù)緊[10]。

（4）為了防止假頂間隙出現(xiàn)瓦斯間距現(xiàn)象，人工假頂施工完后對(duì)假頂區(qū)采用羅克休進(jìn)行填充。

4 結(jié)束語(yǔ)

截止2021年6月17日王家?guī)X煤礦18102工作面已回采至540m，工作面已過(guò)F7斷層影響區(qū)，通過(guò)對(duì)回風(fēng)順槽應(yīng)力區(qū)頂板采取注漿、人工假頂?shù)嚷?lián)合支護(hù)技術(shù)后，工作面在后期回采過(guò)程中冒漏區(qū)范圍未出現(xiàn)擴(kuò)大，冒漏區(qū)頂板整體穩(wěn)定性提高，工作面回采順利過(guò)冒漏區(qū)，取得了顯著應(yīng)用成效。