大采高工作面破碎围岩控制技术研究

孔宪法

大采高工作面开采过程中的矿压显现较为剧烈，常出现顶板破碎、煤壁片帮、支柱折损等现象，尤其是在地质构造区域。目前该方面的研究多集中在围岩变形破坏的机理揭示与预测等方面，而在围岩控制方法与技术方面的研究较少。方新秋等针对软煤综放条件下煤壁片帮严重的问题，提出了对煤壁片帮严重区域采用打木锚杆来控制煤壁稳定。王兆会等针对断层构造处高帮煤壁稳定性恶化且难以支护的问题，提出了重型设备“低割煤高度、高初撐力、高护帮高度”结合煤壁注浆的综合过断层措施，有效改善了煤壁控制效果，提高了开机率。杨胜利等针对大采高工作面煤壁片帮严重影响生产的实际，提出了“棕绳+注浆”的煤壁片帮防治柔性加固技术。这些控制方法有的不具有普适性，有的较为复杂，在实际中会影响生产效率。因此，研究大采高工作面开采中的破碎围岩控制技术具有重要的意义。

本文在分析晋华宫矿8204大采高工作面的围岩破坏特征的基础上，提出对破碎顶板实施锚索补强、对煤壁注马丽散加固的技术手段，给出配套的安全管理措施，并探讨了取得的经济效益。

1 8204工作面地质条件概况

8204工作面所采煤层为12#煤，煤层厚4.3～5.4m，平均厚度为4.6m，煤层倾角2°～10°，平均6°。工作面走向长度为1700m，倾向长度为163m，平均埋深300m。图1为8204工作面综合柱状图，由图可知，该工作面无伪顶，直接顶为厚10.94m的细砂岩，老顶为厚9.44m的粉细砂岩，直接底为粉砂岩。

当晋华宫矿8204工作面推采至1060m时，回风顺槽煤柱支承压力增大，工作面63#～70#支架顶板破碎严重，顶板破碎高度3m左右，煤壁片帮2～3m。

2 大采高工作面破碎围岩控制技术研究

2.1 大采高工作面顶板破碎区域支护技术

为了保证顶板完整，形成整体，支护材料使用φ17.8mm锚索进行支护，支护方案如图3所示。

2.1.1支护施工位置：74#～尾。①锚索规格：长度8m，直径17.8mm。托板使用规格为250mm×250mm×16mm的方钢板。②锚索间排距：工作面74#～尾，每架施工1根架间锚索;每5架施工1个锚索堆。锚索堆周边4根锚索长度为6m，中间1根锚索长度为8m。锚索直径为17.8mm。锚索堆中锚索间距为300mm，托板使用600mm×600mm×16mm的方钢板。锚索堆采用三花布置，如图3（a）所示。

2.1.2支护施工位置：工作面机道顶板严格按照上述支护措施施工完毕并保证施工质量后再进行此阶段。因此工作面范围内机道矸石多，部分支架高度不够，机组无法通过，所以此范围需处理支架行程和割煤，当具备施工锚索支护条件后按照上述措施进行支护，支护方式与上述方式完全相同。

2.1.3施工要求：①此阶段工作面架间锚索和锚索堆全部施工斜拉锚索，锚索与水平面夹角60°，锚索和锚索堆排距均为0.8m，如图3（b）所示。因支架顶梁与前探梁长度和为5.13m，所以此阶段共施工8排。②施工锚索从支架钻入的顶板露出闪檐开始，且优先在煤壁炸帮较大处施工锚索。③机组每行走一个机身长度，开始施工锚索。采用割一段支护一段的方式进行。每一段支护范围为10个支架（17.5m）。

2.1.4特殊时期顶板支护技术措施：①在上述两阶段期间，当工作面顶板压力显现大，煤壁片帮严重，超过最小控顶距时，需在片帮处顶板按照上述要求补打支护。②由于8204工作面高抽巷与尾巷工作面煤壁水平距离为20米，受集中应力影响，在上述两阶段范围，工作面70#～80#加密锚索堆支护，每隔3架施工一锚索堆。③没有护帮板的支架，在支架前探梁下使用锚链固定2根3米11#工字钢维护顶板。

2.2煤壁注马丽散加固技术

为了防止煤壁片帮，在上述推进期间，在头尾巷工作面侧20m范围内及工作面30#～85#范围内注射马丽散加固煤壁，每隔5m施工一个钻孔，注马丽散加固煤壁。此范围内必须经过注马丽散加固后才能采用采煤机割煤，否则严禁开动采煤机。工作面注一茬马丽散后可以推进1个循环，再进行下一茬马丽散注射。

在工作面顶板下200mm处布置两排钻孔，孔深6m，上排孔倾角10°～25°，下排孔垂直煤壁，孔径φ42mm，孔间距2m，可根据现场煤壁炸帮情况适当调整，如图4所示。上排孔注马丽散主要目的是充填岩石裂隙，使上部破碎岩层形成整体。下排孔注马丽散主要目的是固定充填煤壁裂隙，使破碎煤壁形成整体，排距0.5m。封孔器埋深2～2.5m，每孔注马丽散量不少于20桶，注马丽散时每孔时间不少于20分钟，注马丽散压力小于10MPa。

2.3开采工艺

2.3.1割煤方式：采用单向割煤，机组上头割实刀，下尾返空刀。在第一阶段，即顶板破碎阶段，机组每行走一个机身长度，开始施工锚索。采用割一段支护一段的方式进行。每一段支护范围为10个支架（17.5m）。在第二阶段，即工作面支架钻入稳定岩层后，采用正常单向割煤工艺。

2.3.2推溜工序：从尾向头推溜。

2.3.3移架工序：从尾向头移架，严格执行擦顶移架、追机移架作业。

3应用及经济效益

通过对8204工作面顶板施工锚索及注马丽散等技术，不仅为工作面正常推进创造了良好条件，还为晋华宫矿12#煤层开采节省了成本，共计节省人工、材料、设备维修等费用共计91.5万元。

4结论

通过对晋华宫8204大采高工作面的围岩破碎特征分析，对破碎顶板采取了斜拉锚索加强支护，成功将顶板上部不稳定岩层固定，防止顶板破碎冒落，使工作面支架能够顺利通过;通过对工作面破碎区域煤壁注入马丽散，将松散煤壁连接，降低了工作面煤壁大面积片帮概率，为机组顺利进刀创造有利条件。利用此围岩控制技术可节约成本约91.5万元，为类似条件下的破碎围岩控制起到了指导作用。

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