综采面安全过断层应力区技术措施研究

杜文科

（潞安集团环能股份有限公司常村煤矿，山西 长治 046102）

1 概况

潞安集团环能股份有限公司常村煤矿S5-13工作面位于井田南六采区，工作面南接S5延伸采区轨道下山，北临KX16陷落柱防隔水煤柱，东临王庄村保护煤柱，西邻S5-15工作面（未开采）。地面标高 +910～ +925m，煤层底板标高+450～+486m。地面位置在王庄村西部，曲庄村东南部，岗头村东北部。

S5-13工作面设计可采长度695.2m，倾斜长度240m，工作面回采煤层为石炭系3#煤层，平均厚度为6.1m。工作面采用走向长壁后退式、低位放顶煤、全部垮落的综合机械化采煤方法，采高3.2±0.1m，循环进尺0.8m，循环产量1906t；日推进3.2m，日产量7624t，截至目前工作面已回采240m。

工作面地质资料显示，S5-13工作面回采至232m处位于回风顺槽侧距工作面27m处揭露一条正断层F5，断层走向与工作面走向平行，如图1所示，影响工作面走向长度42m。受构造应力、超前应力以及回采应力影响，工作面回采至225m处，位于机尾119#-102#支架之间（共计30m）工作面顶板出现局部破碎现象，随着工作面推进至235m处时顶板出现大面积破碎现象，煤壁片帮严重。工作面回采至240m处时受片帮影响，端面距加大，顶板出现冒落，冒落高度达0.8m，且回风顺槽两帮移进量增加至0.76m，顶板下沉量达0.44m。

图1 S5-13工作面F5断层平面布置示意图

2 工作面安全过应力区技术措施

为了保证S5-13工作面安全快速过F5断层应力区，采取顶板预裂卸压、架设U29型工字钢棚以及注浆进行联合维护。

2.1 顶板预裂卸压

顶板预裂卸压主要是利用爆破法将应力区顶板进行松动预裂，对顶板起到切断、卸压作用，从而改善顶板所处的应力环境，使顶板应力集中区转变为应力卸压区，便于顶板维护。

（1）在S5-13工作面回风顺槽顶板施工一排爆破卸压孔，孔深为5.0m，钻孔直径为75mm，钻孔间距为4.0m，钻孔距回风顺槽非煤壁帮间距为1.0m（回风顺槽巷宽为4.5m），钻孔沿巷道走向成直线布置，钻孔倾向采空区侧夹角为75°，共计施工8个预裂卸压孔，如图2所示。

（2）卸压孔施工完后向钻孔内安装聚能管，聚能管长度为8.0m，直径为65mm的PVC管支撑，聚能管两侧各焊制3个爆破气流孔，气流孔直径为20mm，间距为0.3m；所有聚能管爆破气流孔沿巷道走向布置。

（3）聚能管安装后向管内填装一支长度为0.4m、直径为55mm乳化药卷以及一支雷管，装药量为0.45kg。装药完成后对钻孔进行封孔处理，采用黄土、水袋交替封孔，从钻孔底部向外，黄土封孔长度为1.0m，水袋封孔长度为1.2m，孔口处封孔长度为1.5m，封孔牢固后依次进行钻孔爆破。

图2 S5-13综采工作面应力区爆破预裂卸压施工剖面图

2.2 架设U29型工字钢棚

为了防止回采期间回风顺槽出现顶板冒顶、垮落事故发生，决定采用架设U29型工字钢棚进行顶板维护。

（1）钢棚为矩形断面，钢棚断面规格为宽×高=4.5×3.2m，钢棚主要由U29型钢梁焊制而成，主要包括棚腿、顶梁、底座、连接杆等部分组成。

（2）首先在巷道两帮处底板对钢棚底座进行安装加固，每个底座采用两根地锚进行加固，底座安装后将棚腿与底座采用四根长度为0.12m，直径为0.08m螺栓进行连接预紧，预紧力不得低于200N·m。钢棚棚腿与顶梁采用卡缆进行固定。

（3）钢棚架设间距为1.5m，回风顺槽共计架设25架钢棚，待所有钢棚架设完成后，在相邻两架钢棚之间采用两组长度为1.5m、直径为30mm圆钢连接杆进行连接，并在钢棚与顶板、巷帮间隙处采用水泥背板背牢。

2.3 注浆加固

（1）工作面回采至240m处时，及时将支架移架到位，将护帮板打开，支架工作阻力以及初撑力不得低于额定值的80%。

（2）通过现场观察发现，受应力影响119#～102#支架之间的煤壁片帮主要位于顶板往下1.5m范围内，决定在工作面顶板往下1.5m处施工一排注浆钻孔，钻孔间距为3.0m，每排共计施工10个钻孔；钻孔直径为35mm，深度为6m，钻孔与工作面煤壁呈60°仰角布置，钻孔终孔位置位于直接顶内。

（3）注浆钻孔施工完后，对每个钻孔内依次埋入直径为20mm注浆软管，然后采用膨胀速凝水泥对钻孔进行封孔处理，封孔长度为0.3m。钻孔封孔后采用高压注浆泵向钻孔内注射聚氨酯粘合剂，注浆压力不得低于1.5MPa。

（4）工作面煤壁及顶板注浆后，采煤机割煤时截割深度控制在0.5m以下，并及时带压擦顶移架，当工作面回采3.0m后在工作面煤壁施工第二排注浆钻孔，且与第一批钻孔布置参数以及注浆工序相同。

3 治理效果

（1）在S5-13回风顺槽顶板进行爆破预裂卸压后，降低了F5断层对工作面影响，对断层应力起到卸压作用，工作面在后期回采期间应力区顶板未出现因应力集中造成顶板冒落事故。

（2）通过架设U29型工字钢棚对回风顺槽顶板进行加固，避免了应力区顶板出现下沉现象，同时钢棚可降低顶板应力对巷道两帮煤柱作用，在后期回采期间回风顺槽顶板未出现破碎现象，将巷道顶板下沉量控制在0.12m以下范围内，巷道两帮移近量降低至0.22m。

（3）对工作面应力区破碎煤壁及顶板采取注浆加固后，提高了煤岩体胶结稳定性，增加了破碎岩体承载能力及单轴抗压强度，保证了工作面顶板平整，支架初撑力及工作阻力提高至87%以上，工作面煤壁未发生大面积片帮现象，顶板端面距控制在0.3m以下，工作面回采速度提高至6.5m/d。