综采工作面端面冒落区维护措施研究应用

张惠峰

（霍州煤电集团吕临能化有限公司，山西 吕梁 033200）

0 引言

受回采应力、构造应力影响，综采工作面在回采期间端面距加大，端面间出现破碎、冒落现象，不仅破坏了顶板稳定连续性，降低了工作面回采速度，而且很容易发生顶板大面积垮落事故；传统采用搭梁带压擦顶移架法过端面破碎、冒落区，但是对于高冒区顶板，传统方法很容易出现支架顶梁不接顶现象，造成支架初撑力、工作阻力得不到预期值[1]，无法保证支架支护强度，而且高冒区围岩遭到剥离破坏严重，破坏岩体稳定性，在集中应力作用下会导致冒落区范围进一步扩大；对此，本文以庞庞塔煤矿为例，对704工作面端面冒落区提出了“注浆+人工假顶+撞楔超前支护”联合支护措施。

1 地质概况

霍州煤电集团吕临能化有限公司庞庞塔煤矿704工作面位于井田七采区，工作面设计走向长度为2076m，倾向长度为185m，回采煤层为10#煤层，平均厚度为11.8m，煤层结构复杂，煤层中部夹三层碳质泥岩（0.3-0.7），夹矸总厚度约为1.3m，岩性多数为碳质泥岩。

704工作面采用一次采全高综采放顶煤走向长壁采煤法，机采高度3.2m，放顶煤厚度8.6m，单向割煤，一采一放，采用单轮顺序放煤方式，采放比1:2.69，割煤步距0.8m，放煤步距0.8m。

根据矿地测科提供资料显示，704工作面回采至450m处揭露一条正断层F1，断层落差为1.2m，倾角为55°，由于受构造应力以及西部702工作面采空区残余应力影响，704工作面回采至430m处顶板出现破碎现象，端面距加大，工作面回采至450m处端面空顶出现出现冒落现象，形成冒落区，冒落区位于77#-80#支架之间，高冒区成半球型，冒落高度达2.4m，冒落最宽处达2.9m；支架在冒落区处无法接顶，导致支架初撑力、工作阻力无法满足顶板支护要求。

2 端面冒落区支护技术难题

1）围岩承载能力低：704工作面回采的10#煤层结构复杂，煤体不稳定，易破碎，回采期间端面出现冒落时顶煤稳定结构遭到破坏，煤体间胶结稳定性差，无法形成稳定承载梁，在顶板垂直应力作用下，冒落区围岩出现剥离破坏[2]，且破坏范围进一步扩大。

2）支护难度大、效果差：704工作面冒落区最大冒落高度达2.4m，对冒落区施工锚杆、锚索支护时难度大，需搭设工作盘，危险系数高，同时冒落区围岩面成不规则球形面，无法对岩面施工钢带或钢梁，而传统的单锚杆、锚索支护属点性支护，只能对局部围岩进行支护，对于不稳定破碎围岩支护端面小、效果差。

3）扰动破坏严重：采用传统锚杆、锚索支护时，支护数量相对较多，在施工支护钻孔时产生的扰动破坏，增加了不稳定岩体裂隙面，进一步破坏了冒落区岩体稳定性。

4）超前应力破坏力度强：704工作面冒落区围岩承载能力低，在构造应力及回采应力等集中应力作用下，顶板破坏区进一步扩大，由于工作面回采后支架移架不及时，造成随着应力前移，冒落区沿回采方向范围扩大。

3 端面冒落区联合维护措施

霍州煤电集团吕临能化有限公司为了防止冒落区进行一步扩大，决定对冒落区采取“注浆+人工假顶+撞楔超前支护”联合维护措施。

3.1 注浆加固围岩

受冒落影响704工作面冒落区及其附近煤岩体整体结构已破坏，煤岩体胶结稳定性差，承载力低，传统的锚索网支护不能满足施工要求，所以必须通过注浆对围岩进行加固，通过人工方法使不稳定煤岩体形成承载梁[3]。

1）通过对704工作面冒落区围岩观察发现，冒落区范围扩大主要由煤岩体玻璃破坏产生的，主要集中在破坏区顶板往下1.5m范围内，所以决定在此处施工环形注浆钻孔。

2）钻孔与冒落区岩体成75°夹角布置，钻孔深度为3.5m，采用MT-30型钻机配套中空钻杆以及直径为50mm“八”字型钻头进行钻孔施工，冒落区围岩共计施工4个注浆钻孔。

3）钻孔施工完后对钻孔内埋入注浆软管，并在注浆钻孔孔口处安装封孔器，将注浆软管与注浆枪连接，采用型号为ZKSY90-100型双液注浆机进行注浆施工，注浆液为马丽散与催化剂配备为1:1混合液，注浆压力为1.8MPa。

4）由于注浆位置较高，在钻孔施工及注浆施工过程中需在工作面搭设工作盘，工作盘采用直径为300mm原木搭设而成，高度以适宜施工为主，工作盘必须牢固可靠，施工期间应安排专人对工作盘牢固情况进行观察[4]。

3.2 人工假顶施工

人工假顶主要是对人工对冒落区施工假顶并对间隙处充填膨胀剂，达到假顶目的，从而对冒落区围岩进行支撑作用。

1）首先在距冒落区1.0m处围岩各施工三个锚索支护孔，孔深为8.0m，钻孔直径为25mm；钻孔走向间距为1.0m，倾向间距为5.0m，钻孔垂直顶板布置。钻孔施工完后依次在钻孔内填装锚固剂及长度为8.3m，直径为21.6mm恒阻锚索，并采用钻进进行锚固，锚固后锚索外露长度控制在0.5m范围内。

2）所有锚索安装后，在锚索外露端依次安装一根长度为5.0m工字钢梁，共计3根，钢梁与锚索之间采用锁具进行固定，并使钢梁面紧贴工作面顶板。

3）钢梁安装后在在钢梁面与冒落区之间依次铺设金属网、风带布以及道木，道木与钢梁交错布置，且相邻两层道木之间成“井”字型布置，直至道木与冒落区顶板接触严实，如图1所示。

4）为了防止冒落区出现有害气体集聚现象，同时为了提高假顶与围岩接触严实，人工假顶施工完后，采用注浆泵对假顶间隙处注射罗克修膨胀剂，该化学填充剂具有填充速度快、膨胀系数高、填充效果好等优点[5]。

3.3 撞楔超前支护

为了防止工作面回采期间受支架顶梁切顶破坏以及集中应力作用，造成工作面冒落区进行一步扩大，在过F1断层期间对工作面顶板施工一排撞楔超前支护。

1）704工作面撞楔超前支护施工在75-82#支架前方煤壁设计顶板位置，每组撞楔超前支护由10根长度为3.0m，直径为25mm的钢管组成，钢管间距为0.5m，超前支护垂直煤壁布置。

2）第一组撞楔超前支护施工完成后，在其外露端安装一根长度为5.0m，M型钢带并采用锚杆将超前支护与顶板进行固定。

3）第一组撞楔超前支护施工完后，工作面回采时采煤机截割深度控制0.6m以内，当工作面回采2.5m后施工第二组撞楔超前支护，且相邻两组超前支护交错式叠加布置，叠加长度为0.5m，在叠加处同样施工一根M型钢带进行固定，依次类推直至工作面完全过断层带。

图1 704工作面端面冒落区联合支护断面示意图

4 结束语

霍州煤电集团吕临能化有限公司庞庞塔煤矿针对704工作面过F1断层带时，顶板出现冒落，造成支架支护不足、回采速度降低等现象，通过技术研究决定对冒落区采取“注浆+人工假顶+撞楔超前支护”联合维护措施，通过实际应用取得了显著应用成效。

1）注浆支护提高了冒落区围岩稳定性，使围岩裂隙得到充分填充胶结，注浆后冒落区围岩单轴抗压强度由原来的11MPa提高至57MPa,改变了围岩力学性质，提高了围岩承载作用。

2）通过对冒落区施工人工假顶，不仅充填了冒落空间，防止了冒落区瓦斯集聚现象，而且人工假顶可对冒落区围岩进行支护作用，降低了构造应力对围岩破坏作用；同时施工人工假顶后使支架顶梁能够完全、接触假顶面，使支架初撑力、工作阻力提高至85%以上，保证了支架支护强度。

3）通过对工作面施工撞楔超前支护使工作面应力区进行超前支护，防止因工作面回采后移架不及时，造成集中应力对工作面顶破坏作用，避免了冒落区范围进一步扩大,提高了工作面回采速度，由原来的3.1m/d，提高至6.2m/d。