綜采工作面過陷落柱頂板控制技術(shù)應(yīng)用

王 建 中

（山西高平科興申家莊煤業(yè)有限公司 ，山西 晉城 048400）

0 引 言

由于陷落柱破壞了煤體穩(wěn)定性及圍巖力學(xué)性質(zhì)，綜采工作面過陷落柱時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)煤壁片幫、頂板破碎等現(xiàn)象，存在很多技術(shù)難題，主要表現(xiàn)在以下幾方面：頂板破碎維護(hù)難度大、支架支護(hù)效果差、工作面推進(jìn)速度慢端面空頂距大等；在過陷落柱過程中若對頂板不采取合理有效的控制措施，不僅降低了支架支護(hù)效果，加大了工作面機(jī)械設(shè)備損壞率，降低工作面回采效率，而且很容易發(fā)生頂板冒落事故，威脅工作面安全高效生產(chǎn)。本文以申家莊煤礦N11503 工作面為例，對工作面過X4 陷落柱時(shí)主要存在技術(shù)難題進(jìn)行分析，提出了合理有效頂板控制措施，并對應(yīng)用效果進(jìn)行分析總結(jié)。

1 概 述

山西高平科興申家莊煤業(yè)有限公司N11503 綜采工作面井下相對位于主水平北一采區(qū)東北部，往北為N11505 備用面（在掘），往南為N11501 設(shè)計(jì)工作面（未掘），往西為主水平回風(fēng)大巷、膠帶大巷、軌道大巷，往東為保安煤柱。

N11503 綜采工作面走向長度為880m，傾向長度為150m，工作面回采煤層為15# 煤層，15 號煤層全區(qū)穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單～較簡單，為穩(wěn)定的全區(qū)可采煤層。位于太原組一段頂部，K2 灰?guī)r之下，平均厚度為4.04m，平均傾角為4°，煤厚變異系數(shù)值（γ）為18%，全區(qū)穩(wěn)定可采。其煤層結(jié)構(gòu)簡單～較簡單，含0～2 層矸石，矸石成分多為炭質(zhì)泥巖或灰黑色泥巖。

15# 煤層無偽頂，基本頂主要以炭質(zhì)泥巖為主，平均厚度為4.2m，基本頂主要以石灰?guī)r為主，平均厚度為7.8m，工作面采用綜合機(jī)械化回采工藝，截止目前工作面已回采400m。

2 X4 陷落柱參數(shù)及回采期間存在技術(shù)難題

2.1 X4 陷落柱參數(shù)

根據(jù)申家莊煤礦地測科提供資料顯示，N11503工作面回采至507m 處揭露一條陷落柱，陷落柱位于工作面67#- 52# 支架前方煤壁，陷落柱成橢圓狀，短軸長度為23m（傾向），長軸長為45m（走向），通過對陷落柱鉆孔探測發(fā)現(xiàn)，陷落柱腔體內(nèi)填充物主要為不規(guī)則碎狀泥巖及砂巖，巖體膠結(jié)穩(wěn)定性差，陷落柱貫穿整個(gè)煤層。

2.2 過陷落柱主要存在的技術(shù)難題

1）工作面在回采期間由于頂板陷落柱破碎嚴(yán)重，且與液壓支架頂梁接觸不緊密，過陷落柱時(shí)支架頂梁與陷落柱處頂板無法進(jìn)行有效支護(hù)，導(dǎo)致液壓支架對頂板支撐力達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，很容易造成液壓支架頂梁損壞及頂板垮落事故。

2）由于陷落柱內(nèi)填充巖體硬度低且粘接性差,工作面在過陷落柱期時(shí)，若不能采取有效措施對陷落柱頂板進(jìn)行支護(hù)，強(qiáng)行帶壓擦頂通過，會導(dǎo)致液壓支架頂梁以及采煤機(jī)及其它設(shè)備損壞嚴(yán)重，甚至?xí)l(fā)生因支護(hù)不到位造成頂板頂板整體垮落事故。

3） 受陷落柱影響，造成與陷落柱膠結(jié)處煤體穩(wěn)定性極差，煤體剪切破壞嚴(yán)重，導(dǎo)致距陷落柱10m 范圍內(nèi)煤體嚴(yán)重，工作面回采時(shí)出現(xiàn)出現(xiàn)大面積片幫現(xiàn)象，如果不能在工作面通過陷落柱前采取有效的加固措施，很可能造成工作面無法推進(jìn)。

3 過陷落柱頂板控制技術(shù)

為了保證N11503 工作面安全順利過X4 陷落柱，通過研究決定，在過陷落柱前通過注漿技術(shù)對煤體進(jìn)行加固，過陷落柱期間采用“撞楔超前支護(hù)+ 恒阻錨索吊棚”聯(lián)合措施對頂板進(jìn)行維護(hù)。

3.1 過陷落柱前煤體維護(hù)措施

1） 在N11503 工作面回采至497m（距陷落柱10m）處，施工人員在70#- 50# 支架前方煤壁施工一排間距為5m、深度為1.0m 的注漿鉆孔，注漿鉆孔的施工位置距工作面頂板間距為2.0m 處，且鉆孔角度為10°仰角，共計(jì)施工5 個(gè)，如圖1 所示。

圖1 N11503 工作面過X4 陷落柱頂板聯(lián)合支護(hù)剖面示意圖

2） 當(dāng)全部注漿鉆孔施工完畢后，工作人員采用高壓注漿泵分別對各鉆孔進(jìn)行馬麗散注漿，待頂煤穩(wěn)定后再帶壓擦頂移架。

3） 在第一排注漿鉆孔馬麗散全部凝固后（2h后），采煤機(jī)開始割煤，待采煤機(jī)回采5m 后停止割煤，施工人員在割完的煤壁前施工第二排注漿鉆孔。

第二排注漿鉆孔參數(shù)與第一排相同。為了確保工作面完全順利通過陷落柱，工作面煤壁共施工10 排注漿鉆孔。

3.2 過陷落柱期間頂板維護(hù)措施

3.2.1 撞楔超前支護(hù)施工

1）當(dāng)工作面揭露斷層后在工作面設(shè)計(jì)頂板位置施工一排支護(hù)鉆孔，支護(hù)鉆孔的間距為2m、深度為4.0m，支護(hù)鉆孔的鉆徑設(shè)計(jì)為40mm，支護(hù)鉆孔同樣施工在70#- 50# 支架前方煤壁上，共計(jì)施工鉆孔15個(gè)。

2）當(dāng)全部支護(hù)鉆孔施工完畢后，在每個(gè)鉆孔內(nèi)依次填充加長樹脂錨桿與錨固劑，樹脂錨桿長度為4.0m，直徑為30mm，并手持式鉆機(jī)進(jìn)行錨固，錨桿錨固后必須保證錨桿與煤壁垂直。

3）第一排超前支護(hù)完成后，采煤機(jī)開始割煤，單刀割煤深度控制在0.5m 以下，采煤每割煤長度達(dá)50m 后及時(shí)進(jìn)行推移刮板輸送機(jī)及支架，移架時(shí)必須保證支架帶壓擦頂移架。

4）當(dāng)工作面推進(jìn)3.5m 后施工第二排超前支護(hù)鉆孔，相鄰兩排支護(hù)孔疊加交錯布置，疊加距離為0.5m。

3.2.2 錨索吊棚施工

為了進(jìn)一步提高過陷落柱期間頂板穩(wěn)定性，決定對陷落柱處頂板施工邁步式恒阻錨索吊棚。

1） 恒阻錨索吊棚主要由一根11# 工字鋼梁以及兩根恒阻錨索組成，工字鋼梁長度為3.5m，鋼梁上焊制兩個(gè)直徑為30mm 錨索穿孔，孔間距為1.8m；恒阻錨索長度為5.0m，直徑為21.6mm。

2） 當(dāng)工作面揭露陷落柱后開始對頂板施工錨索吊棚，錨索吊棚與煤壁平行布置，每排布置10 架恒阻錨索吊棚，錨索吊棚排距為1.5m，且相鄰兩排吊棚邁步式布置。

4 應(yīng)用效果分析

截止 2019 年 4 月 22 日，N11503 工作面已完全過X4 陷落柱，過陷落柱期間共計(jì)用時(shí)9d，平均回采速度為5.5m/d；通過對陷落柱處破碎頂板采取聯(lián)合控制措施后，在過陷落柱期間未發(fā)生頂板冒落現(xiàn)象，頂板下沉量控制在0.12m 以下，支架初撐力、工作阻力提高至89%以上，大大提高了支架支護(hù)效果，保證了工作面安全高效回采。