綜采工作面過(guò)斷層時(shí)的頂板控制措施

趙福棟

（大同煤礦集團(tuán)鐵峰煤業(yè)增子坊煤礦，山西 大同 037200）

綜采工作面遇斷層帶時(shí)，受構(gòu)造應(yīng)力、回采應(yīng)力等影響工作面出現(xiàn)頂板破碎、煤壁片幫、端面距加大以及工作面超前區(qū)頂板斷裂等現(xiàn)象。液壓支架在斷層破碎區(qū)支護(hù)時(shí)，對(duì)破碎區(qū)頂板無(wú)法產(chǎn)生足夠的工作阻力，支護(hù)效果差，且支架移架時(shí)很容易發(fā)生頂板冒落、倒架等事故，威脅工作面安全回采。綜采工作面過(guò)斷層時(shí)，必須根據(jù)實(shí)際情況采取合理有效的斷層帶頂板控制措施。本文以增子坊煤礦5306 工作面為例，對(duì)工作面過(guò)F5 斷層時(shí)頂板提出了“聚氨酯纖維網(wǎng)配套JW 錨索梁+超前支護(hù)”等聯(lián)合控制方案。

1 概 述

同煤集團(tuán)鐵峰煤業(yè)增子坊煤礦5306 工作面位于53 盤區(qū)中西部，南起53 盤區(qū)輔運(yùn)巷，東部為已采5305 工作面，北側(cè)為實(shí)煤體，西側(cè)為5307 回風(fēng)順槽。5306 工作面切巷設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為150 m，5306 回風(fēng)順槽設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為1131 m，運(yùn)輸順槽設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為1045 m，工作面可采長(zhǎng)度為980 m。5306 工作面回采煤層為5#煤層，本工作面煤層賦存較為穩(wěn)定，煤厚15.30～10.97 m，平均12.30 m，煤層含1～5 層夾石，單層夾石厚度0.1～0.6 m。

5306 工作面采用綜放工藝，采煤高度為3.5 m，放煤高度為8.8 m。地質(zhì)資料顯示工作面回采至809 m處時(shí)將在頭部揭露一條F5逆斷層，斷層落差為1.5 m，傾角為45°，斷層對(duì)工作面回采影響長(zhǎng)度為45 m。至2019 年7 月22 日，工作面已回采至800 m，位于頭部1 號(hào)～5 號(hào)支架之間頂板及煤壁破碎嚴(yán)重，最大空頂距為1.7 m，造成工作面回采速度慢，頂板維護(hù)難度大，威脅著工作面安全回采。

2 工作面過(guò)F5 斷層問(wèn)題分析

（1）頂板、煤壁破碎嚴(yán)重。5306 工作面采用放頂煤回采工藝，預(yù)留頂煤厚度為8.8 m，回采過(guò)F5 斷層時(shí)受構(gòu)造應(yīng)力、回采應(yīng)力以及周期來(lái)壓等影響，工作面頂板煤層出現(xiàn)破碎現(xiàn)象，頂板承載能力降低。工作面采煤后，在支架頂梁切頂作用下，端面處頂板破碎嚴(yán)重，而且伴隨著大面積片幫現(xiàn)象，不利于頂板安全維護(hù)。

（2）支架支護(hù)效果差。在斷層破碎帶區(qū)支架頂梁對(duì)破碎頂板進(jìn)行支護(hù)時(shí)，頂梁產(chǎn)生的垂直向上工作阻力進(jìn)一步加劇了頂板破碎力度，支架阻力越大頂板破碎越嚴(yán)重，造成支架頂梁上方破碎煤體向支架頂梁前、后方移動(dòng)，導(dǎo)致支架頂梁上方出現(xiàn)鏤空現(xiàn)象，支架對(duì)頂板支護(hù)效果差。

（3）超前區(qū)頂板斷裂。工作面在回采時(shí)，在工作面前方5～10 m 范圍內(nèi)產(chǎn)生超前應(yīng)力區(qū)，超前應(yīng)力對(duì)工作面超前頂板產(chǎn)生破壞作用。當(dāng)過(guò)斷層帶時(shí)，位于運(yùn)輸順槽側(cè)煤柱支撐作用力低時(shí)，很容易在超前區(qū)出現(xiàn)頂板斷裂現(xiàn)象，且隨著工作面前移，斷裂區(qū)沿工作面走向方向不斷延伸，工作面回采至頂板斷裂區(qū)時(shí)頂板破碎更加嚴(yán)重。

（4）放煤不充分。5306 工作面采用直接平推法過(guò)F5 斷層，過(guò)斷層期間破斷層上盤底巖，由于F5 斷層落差為1.5 m，受F5 斷層影響斷層前方煤體上移，而工作面回采煤層厚度為12.3 m，工作面直接過(guò)斷層時(shí)斷層上盤放煤高度增加，頂煤放煤不充分，未放下的頂煤隨著頂板垮落遺留至采空區(qū)內(nèi)，導(dǎo)致采空區(qū)遺煤量大，不利于采空區(qū)安全管理。

3 F5 斷層帶處頂板控制措施

3.1 煤層深孔爆破預(yù)裂

（1）通過(guò)對(duì)煤層和直接頂之間的界面施工深孔，進(jìn)行定向爆破，在不破壞直接頂?shù)淖饔孟?，在煤層與直接頂之間產(chǎn)生裂隙，裂隙與工作面煤層平行，放煤時(shí)在裂隙作用下煤層與直接頂充分脫落。

（2）工作面回采至800 m，在工作面前方5.0 m處的回風(fēng)順槽側(cè)煤壁施工三個(gè)爆破預(yù)裂孔。第一個(gè)終孔位置距運(yùn)輸順槽15 m，第二個(gè)終孔位置距運(yùn)輸順槽10 m，第三個(gè)終孔距運(yùn)輸順槽5.0 m。所有預(yù)裂孔終孔位于煤層與直接頂界面處，每組預(yù)裂孔水平投影在同一條直線上，每隔10 m 施工一組預(yù)裂孔。

（3）爆破預(yù)裂孔施工完成后，對(duì)同一組預(yù)裂孔內(nèi)填裝一根長(zhǎng)度為1.0 m 定向聚能管，在聚能管兩側(cè)各均勻焊制4 個(gè)直徑為10 mm 圓孔。每個(gè)聚能管內(nèi)填裝一支礦用乳化炸藥及毫秒延期電雷管，每組預(yù)裂孔每次允許爆破孔數(shù)為1 個(gè)，且從里向外依次爆破。

3.2 鋪設(shè)聚酯纖維柔性網(wǎng)

為了提高支架工作阻力，決定對(duì)端面處頂板施工JW 型錨索梁，并鋪設(shè)聚酯纖維柔性網(wǎng)。

（1）5306 工作面斷層帶處采用的聚酯纖維柔性網(wǎng)型號(hào)JDPET600×600MS，每卷網(wǎng)總長(zhǎng)為60 m，寬度為20 m。5306 工作面過(guò)斷層期間鋪設(shè)一卷聚酯纖維柔性網(wǎng)即可。

（2）聚酯纖維柔性網(wǎng)沿工作面傾向方向鋪設(shè)寬度為10 m，工作面回采至800 m 處時(shí)，在支架頂梁前方鋪設(shè)纖維網(wǎng)并采用一排單錨桿進(jìn)行固定，錨桿間距為3.0 m，共計(jì)施工7 根。

（3）聚酯纖維柔性網(wǎng)固定后，在端面破碎頂板處施工一排“JW”型錨索梁，由一根長(zhǎng)度為JW型鋼梁以及兩根長(zhǎng)度為4.0 m 錨索組成。錨索梁與工作面平行布置，每排施工5 架，布置間距為1.0 m。

（4）工作面端面處纖維網(wǎng)固定且施工完第一排JW 型錨索梁后，工作面繼續(xù)回采。在回采時(shí)將纖維網(wǎng)與頂梁吊掛，移架時(shí)將纖維網(wǎng)鋪展至煤壁，移架后支架頂梁與纖維網(wǎng)及錨索梁接觸嚴(yán)實(shí)。工作面每回采2.0 m 對(duì)端面頂板施工一排JW 型錨索梁，如圖1 所示。

3.3 頂板超前支護(hù)

（1）為了降低超前應(yīng)力對(duì)頂板破壞作用，工作面過(guò)斷層期間對(duì)頂板施工一排超前支護(hù)。為了不影響工作面回采，首先在工作面運(yùn)輸順槽側(cè)煤壁施工一排超前支護(hù)鉆孔。鉆孔深度為10 m，鉆孔垂直煤壁，鉆孔直徑為40 mm，鉆孔間距為1.5 m。整個(gè)斷層帶處共計(jì)施工30 個(gè)。

（2）鉆孔施工完后依次對(duì)鉆孔內(nèi)安裝鋼針，每節(jié)鋼針長(zhǎng)度為1.5 m，直徑為30 mm，相鄰兩節(jié)鋼針采用絲扣式連接。所有鋼針安裝后每?jī)筛撫樛饴抖瞬捎靡患堋耙涣簝芍眴误w柱進(jìn)行支撐。

圖1 5306 工作面過(guò)F5 斷層頂板聯(lián)合控制措施平面圖

4 結(jié) 語(yǔ)

（1）通過(guò)對(duì)斷層帶處頂板厚煤層采取深孔爆破預(yù)裂后，工作面在后期回采中斷層帶上盤厚煤層充分垮落，解決了厚煤層放煤不充分，導(dǎo)致采空區(qū)遺煤量大等難題。

（2）對(duì)端面破碎頂板采取聚氨酯纖維網(wǎng)配套JW 型錨索梁后，大大改善了端面頂板破碎以及煤壁片幫現(xiàn)象，端面距減小至0.5 m 以下，工作面在移架時(shí)保證了支架頂梁與頂板充分接觸，增加了液壓支架工作阻力，提高了支護(hù)效果。

（3）在工作面煤體布置超前鋼針支護(hù)后，提高了超前應(yīng)力區(qū)頂板穩(wěn)定性，削弱了超前集中應(yīng)力對(duì)頂板破壞作用，保證了工作面安全高效回采。