综采工作面回撤通道破碎顶板控制技术应用

文/马良慧 王建军

华亭煤业集团山寨煤矿矿井为一井两面生产格局，单水平上下山开拓，采用走向长壁综采放顶开采方法，全部垮落法管理顶板。矿井25021综采工作面为矿井二采区第21个工作面，主采煤层为煤5层。因煤5层抗压强度及坚固性差，松软易垮落，在工作面末采期间，前方形成孤岛煤柱，煤柱应力集中程度高，裂隙发育，回采期间全段顶煤薄厚不均，加之工作面上段顶煤变薄，煤顶易碎，无法沿稳定层位推进，同时部分支架初撑力不足，致使顶板垮冒严重，回撤通道挂网支护难度大，顶板管理十分困难。为保证顶板稳定，实现安全高效回撤，山寨煤矿逐渐探索出采取压注马丽散、组合锚索加强支护的方案，有效控制了靠近煤柱薄厚不均、破碎的顶板煤层，为安全回撤创造了条件。

一、工作面地质概况

山寨煤矿25021综采工作面设计开采煤层为煤5层,煤层结构简单，倾向在SW70°～75°之间，倾角7°～12°,煤层厚度29～32m,平均煤厚30.7m，上分层平均厚度约为12m。含夹矸1～3层，厚度在0.05～0.3m，岩性以泥岩、炭质泥岩为主。

25021工作面倾向长度为190m，推进长度为900m，主采煤层抗压强度在2.68～19.28Mpa之间，平均为10.77M p a；抗拉强度为0.26～1.53Mpa，平均为0.62Mpa；坚固系数为1.3～2.9，平均为1.9。煤层硬度f为2～3，层理发育，节理发育，煤质疏松，易垮落。煤层伪顶以薄层状砂质泥岩、泥岩及炭质泥岩为主，松软易垮落，机械强度及坚固性都很差，易风化破碎，遇水变软膨胀。直接顶板多以中——薄层状灰黑色泥岩、砂质泥岩为主，偶夹薄层灰黑色粉砂岩。老顶为深灰色粉砂岩、各粒级的浅灰——灰白色砂岩及含砾砂岩，厚度不稳定。

二、顶板冒落分析

2018年4月22日，25021综采工作面回采至864m，距离回撤通道26m时，工作面煤壁突然破碎，整个冒落过程分为三个阶段:第一阶段是78#-95#液压支架前探梁前部、上部矸石垮落，大块矸石冒落高度为2m；第二阶段为扩大阶段，38#-52#支架出现小范围破碎顶板，69#-106#支架上部冒落高度最高达到8m；第三阶段为措施控制阶段，4月29日左右冒顶得到逐步控制，直到5月3日，通过采取注浆加固、加强支护措施，顶板全部得到控制，后期在回撤通道施工时采用组合锚杆使顶板得到进一步控制。

究其顶板冒落原因，是由于在25021工作面末采期间，前方形成孤岛煤柱，煤柱应力集中程度高，裂隙发育，工作面全段顶煤薄厚不均，无法沿一稳定层位推进，加之部分支架初撑力不足，导致支架上方顶板极易发生垮冒现象，同时挂网支护也非常困难。

三、回撤通道施工关键技术

1.注浆加固

采用3轮压注马丽散加固顶板。注浆工艺流程:打注目标注浆孔——固定注浆泵——注浆——停止——依次循环。

第一轮注浆为开始挂网时，在工作面架前顶板破碎区域打注目标注浆孔，孔深6m，角度与水平夹角为30°～45°，预计注浆量10t。第二轮注浆为距离煤壁10.4m(第7网支护后)，在工作面60#支架以上段注浆，间距6m，孔深6m，角度与水平夹角为30°～45°，注浆压力不小于6MPa,预计注浆量10t。第三轮注浆为距离煤壁5.6m(第13网支护后)，注浆参数同第二轮。

2.加强巷道支护

为解决回撤通道顶板破碎的问题，确保顶板支护稳定，对回撤通道支护分3段进行支护。

(1)工作面开始挂网至第13网，工作面6 0#支架以上段采用长短锚索“一、一”插花布置，同一型号锚索间距为1600mm，排距为800mm长锚索型号为φ22×8300mm，短锚索型号为φ22×4500mm;工作面6 0#支架以下段采用锚杆+长锚索“一、一”插花布置，锚杆采用φ20×2800mm，锚索采用φ22×8300锚索，锚杆间距为1600mm，锚索间距为1600mm，排距为800mm。在支架顶梁前端顶板上铺单层金属网，挂五孔托梁，打注的锚索、锚杆要求全部打注在托梁上面,挂网期间，金属网长边搭接100～150mm，短边搭接200～300mm，用14#铁丝绑扎联网，双丝双扣，孔孔相联。如图1所示。

图1 回撤通道支护设计图

(2)第14至第20网，工作面全段采用长短锚索“一、一”插花布置进行加强支护，锚索型号为Φ22×8300mm及Φ22×4500mm矿用锚索，间距1600mm,排距800mm,该段要求采用4mm钢带代替五孔托梁，锚索全部打注在钢带上。重点是在第16和第17网之间沿回撤通道方向布置一排组合锚索，组合锚索间距为8m，共23组，每组由4根φ22×8300mm锚索配合厚12mm、尺寸600×600mm的钢板及锚杆托板组成，锚索施工角度为斜向四角各60°，如图2所示。

图2 组合锚索设计图

(3)工作面上出口打设8组锚索梁，每组采用废旧11#工字钢配合3根φ22×8300mm锚索打设，正中间锚索垂直向上,两侧锚索各向两侧带75°打设。另外,每根锚杆配1支K2335和1支Z2360锚固剂锚固，每根锚索配1支K2335和2支Z2360锚固剂锚固,锚杆预紧力不小于100KN·m,锚索预紧力不小于150KN。

四、效果及结论

根据本研究与实践，可以得出以下结论。

1.经过第一轮压注马丽散后，顶板破碎冒落现象明显稳定，经过第二轮、第三轮压注后，顶板再无破碎现象，为回撤通道顶板支护创造了很好条件。

2.通过采取分段实施支护工艺技术，减少了材料消耗，降低了职工劳动强度，提高了破碎顶板处理工作效率，最重要的是破碎顶板在挂网至第7网时得到了控制，为实现安全回撤创造了条件。

3.通过采用组合锚索加强支护技术，使原本煤层薄的顶板稳定性更好，增强了巷道的稳定性，在设备回撤期间没有发生顶板垮落变形现象。

总之，面对工作面末采期间前方形成孤岛煤柱，致使顶板垮冒严重，回撤通道挂网支护难度大，顶板管理十分困难的问题，为保证顶板稳定，实现安全高效回撤，山寨煤矿逐渐探索出采取压注马丽散、组合锚索加强支护的方案，有效控制了靠近煤柱薄厚不均、破碎的顶板煤层，为安全回撤创造了条件，也为今后回撤相同地质煤层积累了技术经验。