综采工作面过断层破碎区顶板控制技术研究

武艳龙

（西山煤电集团马兰矿， 山西 古交 030205）

1 10606 工作面概述

马兰矿10606 工作面位于井田南六采区，两巷开口均位于南六轨道下山，南六轨道下山西南侧间隔20 m、41 m、69 m 处分别为南六皮带下山、东二回风大巷延伸及南九进风大巷；皮带巷开口处西侧实体间隔135 m 处为568 煤田孔，565 钻孔位于工作面内部（皮带巷1 308 m 处、工作面77 号架）。轨道巷东南侧最小间隔30 m 为10608 工作面采空区；切眼东北侧实体间隔27～35 m 分别为10507、10509、10505 采空区，其他方位暂无工程。

10606 工作面设计走向长度为1 579 m，倾向长度为221 m，工作面回采煤层为二叠系下统山西组02 号煤层，煤层厚度为1.5～2.6 m，平均2.20 m，煤层结构复杂，结构为1.12（0.15）0.93，属稳定可采中厚煤层，普氏硬度为2.0。02 号煤层在断层面附近受牵引滑动影响，造成局部煤层增厚或变薄，最厚至3.20 m，最薄至0.5 m。

10606 工作面采用走向长壁后退式一次采全高全部垮落综合机械化的采煤方法，截至2020 年7 月12 日工作面已回采497 m。

2 工作面回采现状及问题分析

2.1 工作面回采现状

10606 工作面回采至487 m 处揭露一条F4 正断层，断层落差为1.7 m，倾角为52°，断层从24 号支架前方煤壁揭露，因该断层向运输顺槽方向揭露，影响工作面回采长度达42 m；受F4 断层影响，工作面回采至485 m 处时煤壁出现破碎现象，随着工作面不断推进，工作面煤壁及顶板出现大面积破碎；当工作面回采至497 m 处时，煤壁片帮长度达22 m，最大片帮深度达1.4 m，导致端面距达1.2 m，端面顶板破碎严重，支架移架困难，支架工作阻力及初撑力不足70%。

2.2 工作面围岩破碎原因分析

F4 断层侵入后破坏了原煤岩体整体稳定性，通过现场观察发现，F4 断层侵入后导致断层前方煤体出现上移，断层的存在破坏了原煤岩体稳定结构，煤岩体力学结构降低，煤体出现失稳现象，同时在断层带处煤岩体裂隙发育，构造应力、回采应力等集中应力在裂隙带处进行卸压，卸压过程中对裂隙带岩体产生扩张破坏作用，导致煤壁片帮、顶板破碎现象的发生。

10606 工作面在过断层期间，由于顶板破碎严重，顶板承载能力降低，导致液压支架在破碎区初撑力及工作阻力达不到设计值，支架支护强度降低，从而导致顶板下沉破碎等。

3 工作面顶板控制技术应用

为了保证工作面安全快速过F4 断层影响区，决定对断层破碎区顶板采取“JW 锚索吊棚+管棚超前支护”联合支护措施。

3.1 JW 型锚索吊棚支护

1）为了提高端面破碎顶板稳定性，防止端面顶板出现下沉、垮落现象，决定对端面破碎顶板施工JW 型锚索吊棚。

2）JW 型锚索吊棚主要由1 根长度为3.5 m、宽度为0.32 m、厚度为4 mm 的JW 型钢梁以及2 根长度为4.0 m、直径为17.8 mm 的锚索组成；JW 型钢梁横截面成“JW”型，钢梁承载能力为870 kN。与传统工字钢梁相比，JW 型梁具有支护截面积大、支护强度高以及不易变形等优点；JW 型钢梁上焊制2 个锚索支护孔，孔间距为2.0 m。

3）JW 型锚索吊棚施工在1 号—24 号支架前方端面破碎顶板上，吊棚与工作面平行布置，首先在端面破碎顶板施工2 个锚索支护孔，孔间距为1.75 m，钻孔深度为4.0 m，钻孔施工完后，在钻孔内安装2根锚索。

4）锚索安装完成后，在锚索外露端安装JW 型钢梁，并采用锁具进行预紧，JW 型锚索吊棚间距为1.0 m，排距为1.2 m，相邻两排JW 型锚索吊棚呈交错迈步式布置，具体联合支护情况如图1 所示。

图1 10606 工作面端面破碎顶板联合支护平面示意图（mm）

3.2 超前管棚支护

1）为了防止工作面回采期间应力对工作面前方煤壁造成超前破坏作用，工作面在过F4 断层期间决定对1 号—24 号支架前方顶板施工一排超前管棚支护，从而对工作面前方顶板进行超前维护。

2）超前管棚支护主要由若干根长度为3.0 m、直径为30 mm 的钢管组成；首先采用手持式钻机在工作面顶板施工1 组支护孔，孔间距为0.5 m，钻孔深度为3.0 m、直径为35 mm，钻孔垂直于煤壁布置。

3）超前支护孔施工完成后，在钻孔内安装钢管，超前支护安装完成后，工作面方可继续回采，回采时保证液压支架顶梁与管棚支护接触严实，超前支护布置排距为2.0 m。

4 结语

截至2020 年7 月23 日，10606 工作面已回采至570 m 处，工作面完全过F4 断层带，马兰矿对工作面过F4 断层期间围岩破碎机理进行分析，并提出了“JW 锚索吊棚+管棚超前支护”联合支护设计，通过实际应用效果来看，采取联合支护措施后，工作面在后期过F4 断层应力区期间，煤壁片帮现象得到了有效控制，片帮深度控制在0.5 m 以下，片帮长度控制在1.5 m 以下，端面距控制在0.4 m 以下，且工作面在后期移架时，支架工作阻力及初撑力提高至92%以上，取得了显著应用效果。