综采工作面顺槽应力集中区顶板控制措施分析

孟希超

（西山煤电股份有限公司 西曲矿，山西 古交 030200）

1 工作面概述

西曲矿28104工作面位于北一盘区东部，工作面设计走向长度为750m，倾向长度为217 m，工作面回采煤层为石炭系8#煤层，平均厚度为3.6 m；28104工作面顶板无伪顶；直接顶主要以炭质泥岩为主，平均厚度为2.2m；基本顶主要以K2砂岩及砂质泥岩，平均厚度为11 m。

依据西曲矿地测科提供资料，28104工作面回采至520m处揭露一条正断层F4，断层落差为2.3 m，倾角为55°，F4断层从28104回风顺槽侧揭露，以与工作面成15°斜角进入工作面，但未贯穿整个工作面。当工作面回采至470 m处受回采压力、构造应力影响，距工作面0～30m范围内28104回风顺槽顶板出现局部破碎现象，且随着工作面不断推进，回风顺槽顶板压力逐渐增大，当工作面回采至485 m处时顶板出现局部漏顶现象，漏顶最大高度达0.7 m，顶板变形严重，最大下沉量达0.55 m，顶板成大面积破碎状态。而巷道顶板锚杆、锚索支护以及巷道支设的临时单体柱不能满足顶板支护要求。通过技术论证，决定对28104回风顺槽应力集中区顶板采取注浆、施工加长锚杆桁架支护、架设双梁“T”型工字钢棚等联合支护措施。

2 回风顺槽顶板联合支护措施

2.1 注浆支护

为了增加应力集中区域破碎顶板稳定性，对破碎顶板施工钻孔并注浆，由于聚氨酯具有渗透能力强、粘合强度高、凝固时间短，相对其它粘合剂（如马丽散）成本低等优点，决定采用聚氨酯剂作为注浆液。

（1）当工作面回采至485 m处时，开始在回风顺槽顶板施工注浆钻孔，由于28104回风顺槽宽度为4.2m，所以顶板每排施工4个注浆孔，孔间距为1.2 m，孔径为30mm，钻孔深度为5.0 m，钻孔与顶板成30°夹角布置，两侧钻孔与帮成60°夹角布置，见图1。

图1 28104回风顺槽应力集中区顶板注浆钻孔布置平剖面

（2）当第一排注浆钻孔施工完后，采用高压注浆泵依次向钻孔注射聚氨酯浆液，采用钻孔“先中部后两侧”的注浆顺序，单孔注浆时发现钻孔周围煤岩体出现浆液渗透时及时停止注浆，并对钻孔进行封堵。

（3）第一排钻孔注浆完成2 h后，施工第二排注浆钻孔，相邻两排钻孔间距为3.0 m，钻孔施工完后依次进行注浆，依次类推直至回风顺槽顶板完全过应力集中区。

2.2 施工加长锚杆桁架支护

锚杆桁架支护主要作用是对相邻两根倾斜锚杆采用拉杆进行预紧，使两锚杆在拉杆作用下产生倾斜向上的作用力，在倾斜作用力合力的作用下抵消顶板垂直应力，减小顶板应力破坏作用。

（1）首先在28104回风顺槽顶板施工两个倾斜锚杆，锚杆间距为3.0m，锚杆与顶板成60°夹角布置，由于应力集中区顶板破碎深度在2.0～2.5 m范围内，为加大桁架支护作用，锚杆采用长度为3.0 m，直径为22 mm左旋无纵筋螺纹钢锚杆，每根锚杆采用两支型号为MSK23/35、MSKC23/60型锚固剂。

（2）锚杆施工完后，在两根锚杆之间安装预紧拉杆，预紧拉杆主要由两根长度为1.3 m圆钢及一根长度为0.5 m螺纹套管组成，将两根圆钢一端分别固定在锚杆底端，另一端与螺纹套管连接，顺时针旋转螺纹套管使两根圆钢张紧，且张紧力不得低于200N·m。

（3）第一组锚杆桁架支护施工完后，开始施工第二组锚杆桁架支护，相邻两组桁架支护间距为1.5 m。

2.3 架设双梁“T”型钢棚

由于传统的单梁矩形钢棚支护截面小，支护后需对相邻两架钢棚顶梁之间采用钢梁或木板进行背牢，工序繁琐，劳动强度大，通过技术论证，对28104回风顺槽架设双梁“T”型钢棚。

（1）双梁“T”型钢棚主要由两节11#槽钢顶梁，四节“T”型工字钢棚腿组成，顶梁长度为4.0 m，顶梁间距为0.5m，“T”型棚腿伸缩高度范围为2.0～4.0 m，钢棚架设间距为2.0m，见图2。

（2）首先紧贴巷道两帮架设“T”型钢棚棚腿，棚腿架设高度为2.0 m，为了提高棚腿安装质量，棚腿架设前在棚腿架设位置进行起底并浇筑，起底规格为长×宽×深=0.3 m×0.3m×0.2 m；在棚腿与巷帮之间采用固定锚杆连接，棚腿安装后采用固定锚杆与巷帮固定。

（3）棚腿安装后安装顶梁，顶梁与棚腿之间采用卡槽固定连接，顶梁安装且固定后注浆升起棚腿，使双梁与顶板完全接触严实；为了提高相邻两架钢棚之间联锁保护作用，在相邻两架钢棚棚腿之间采用连接杆固定。

图2 28104回风顺槽应力集中区顶板架设双梁“T”型工字钢棚平剖面

3 应用效果分析

28104回风顺槽顶板应力集中区通过采用注浆、施工加长锚杆桁架支护、架设双梁“T”型钢棚后，对顶板每隔15 m安装一组Y23型顶板离层仪，每隔3d进行顶板下沉量观察，从485～540 m之间顶板平均下沉量为0.11 m，工作面在揭露F4断层时，回风顺槽顶板下沉量最大达0.17 m，大大减小了顶板下沉量.同时通过对注浆后顶板岩体进行单轴抗压实验发现，应力区顶板破碎岩体矿压强度增加至17.92 MPa，有效提高了破碎岩体胶结稳定性，避免了因顶板破碎，造成漏顶事故发生。

4 结语

西曲矿通过技术论证，对28104工作面回采期间，回风顺槽应力集中区采取注浆、施工加长锚杆桁架支护、架设双梁“T”型工字钢棚等联合支护措施，实践证明，采取联合支护措施后，有效提高了应力区顶板稳定性，减小巷道围岩变形量，解决了因巷道应力大，造成顶板下沉量大、顶板维护困难，局部漏顶等技术难题，取得了显著成效。