综采工作面端面破碎顶板联合控制技术应用

姚锦飞

（晋能控股煤业集团华阳煤矿， 山西 晋城 048000）

1 15101 综采工作面概述

晋能控股煤业集团华阳煤矿工作面南侧为15煤轨道大巷，东侧为15101 运输顺槽，西侧为15101回风顺槽，北侧为井田边界，靠近矿界4 号点，已留设井田边界煤柱。北侧靠近苇町煤矿,根据交换资料显示该矿目前开采9 号煤层，副斜井已送至15号煤层。

15101 综采工作面倾斜长为150 m，走向长为941 m，工作面回采煤层为15 号煤层，煤层平均厚度为2.5 m，煤层厚度变化不大，结构简单—复杂，含0～5 层夹矸。15 号煤属稳定可采的中厚煤层，回采范围内煤层厚度稳定。15 号煤为黑色—灰黑色半亮型煤，似金属光泽，以条带—均一结构，粒状，阶梯状断口为主，贝壳状次之，条痕为黑色，裂隙较为发育，常见黄铁矿充填。根据井田内钻孔15 号煤层为低灰、特低挥发分、中高流、高固定碳、特高热值无烟煤二号。

15101 采煤工作面装备ZT9600/18/35 型、ZT7800/20/42 型端头液压支架；ZTC19300/18/35 型、ZTC27500/18/35 型超前支架和ZZ7800/20/42 型液压 支 架 、SGZ764/320 型 刮 板 输 送 机 和MG250/600-WD 型采煤机，工作面采煤实行一次采全高开采方式。

2 工作面回采现状及问题分析

2.1 工作面回采现状

15101 工作面采用MG250/600-WD 型采煤机割煤时割煤深度为0.8 m，工作面采用一次性移架方式，截止2020 年9 月18 日工作面已回采680 m，工作面回采过程中主要采用液压支架进行顶板支护，顶岩随着工作面推进逐渐垮落至采空区内，工作面回采至668 m 处时工作面1 号-17 号支架前方开始出现煤壁片帮现象，片帮量随着工作面推进逐渐加大，当工作回采至675 m 处时端面顶板伴随着破碎现象，端面距达1.7 m，液压支架在破碎区初撑力及工作阻力不足78%，导致工作面回采速度慢、安全系数低，制约着工作面安全高效回采[1-2]。

2.2 主要存在的问题

1）断层影响：15101 工作面回采至664 m 处揭露一条断层，断层从工作面头部17 号支架向工作面头部延伸，断层落差为1.7 m，倾角为45°，为逆断层，断层与工作面斜交布置，受断层影响破坏了工作面煤体连续稳定性，降低了工作面顶板整体承载能力，导致顶板岩体以及煤壁在应力作用下，出现失稳现象，造成端面距破碎、端面距加大以及煤壁片帮等。

2）支架支护强度低：工作面回采过程中主要采用液压支架对顶板进行支护，支架支护时主要利用顶梁对顶板进行支撑，通过单体柱对顶梁施加支撑作用力，从而实现支护作用；而当顶板出现裂隙或破碎后，支架作用力无法集中作用在完整的岩体上，作用力在破碎岩体里出现释放，释放过程中会对裂隙岩体产生一个剪切破坏作用，支架支护效果差，而且加剧了顶板破碎力度。

3）围岩稳定性差：15101 工作面回采的15 号煤层稳定性差，结构不稳定，工作面在回采过程中受采动影响以及构造应力作用，煤壁出现剥离破坏作用，导致煤壁片帮严重；同时工作面之间主要为泥岩及砂岩混合层，岩体整体稳定性差，易破碎，在应力作用下承载强度降低，出现破碎、断裂现象。

3 端面破碎顶板联合控制技术

3.1 支护工艺

1）15101 工作面回采至680 m 处时及时调整工作面伪斜，并清理工作面机道内浮煤，将液压支架前移至工作面，保证工作面端面空顶距控制在0.3 m以下，并打开液压支架护帮板。

2）采用手持式钻机在工作面煤壁上施工一排注浆钻孔，钻孔布置在1 号-17 号支架前方，钻孔开口位置距顶板间距为1.5 m，钻孔直径为45 mm，深度为5.0 m，钻孔仰角为45°。

3）支护钻孔施工完后对钻孔进行注浆施工，注浆工序为：安装注浆软管→安装注浆泵→膨胀水泥封孔→注浆施工，注浆液采用水玻璃与水泥混合液，配比为1∶8。

4）注浆完成3 h 工作面方可继续回采，回采时采煤机在该区域切割深度控制在0.8 m 以下，割煤完成后，及时对1 号-17 号支架进行超前移架，及时控制煤壁及顶板破碎现象。

5）注浆完成后在割煤过程中当端面距大于0.5 m时，及时对端面顶板铺设钢筋网，钢筋网采用直径为8 mm 圆钢交错编制而成，网格规格为50 mm×50 mm，钢筋网长度为1.5 m，宽度为1.2 m，相邻两片钢筋网搭接宽度为0.2 m。

6）钢筋网铺设完成后，在钢筋下方施工一排玻璃钢锚杆，锚杆长度为2.0 m，直径为20 mm，锚杆布置间距为1.0 m，锚杆外露端安装一块直径为25 mm玻璃钢托盘，玻璃钢锚杆布置排距为1.5 m。

15101 工作面端面破碎顶板支护平面示意图如图1 所示。

图1 15101 工作面端面破碎顶板支护平面示意图（单位：mm）

3.2 应用效果分析

截止目前15101 工作面已回采到位，通过对工作面过断层期间顶板采取联合控制措施后，通过现场观察发现，联合支护技术控制了工作面煤壁片帮现象，后期回采过程中，煤壁最大片帮深度不足0.5 m，片帮长度不足1.5 m；同时提高顶板稳定性，控制顶板破碎、断裂现象，后期回采过程中顶板未出现冒漏以及垮落事故，液压支架在断层应力区中初撑力及工作阻力提高至95%以上，防止了因支架支护强度不足导致顶板垮落事故的发生，避免支架倒架、陷架现象[3-5]。

4 结语

晋能控股煤业集团华阳煤矿对15101 工作面破碎顶板采取联合控制技术后，通过实际应用效果来看，达到了预期的围岩控制目的，控制了围岩破碎现象，取得了显著应用成效，为工作面同类型地质条件提供实践依据。