復(fù)雜構(gòu)造影響下采面頂板控制技術(shù)研究

呂 剛

（汾西礦業(yè)正善煤業(yè)，山西 孝義032300）

在煤巖開采區(qū)域內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育時，采煤工作面頂煤壁容易出現(xiàn)片幫、頂板破碎、冒頂、端面距增加等問題，加劇采面頂板控制難度[1-2]?，F(xiàn)階段礦井對頂板破碎區(qū)常用控制方法主要有減少割煤深度、超前移架、注漿以及走向搭梁等技術(shù)[3-5]。在地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜區(qū)域內(nèi)煤層頂板破碎，特別是采面端頭控制困難，采用常規(guī)的頂板控制技術(shù)存在頂板管理難度大、成本高等問題[6-7]。文中就以山西某礦3108綜采工作面為工程背景，對復(fù)雜構(gòu)造影響下的采面頂板控制技術(shù)展開探討，以期為其他礦井類似情況下的頂板管理提供一些借鑒。

1 工程概況

3108采面設(shè)計回采長度950 m、斜長210 m，采面開采的3號煤層厚度平均2.60 m，中間夾雜有一層厚度0.3 m左右泥巖矸石。采用采用綜合機械化采煤工藝，采煤機型號為MG300-720-AWD，液壓支架型號為ZY6400/13/27A，全部垮落法管理頂板，采面每天割6刀（4.8 m/d）。

3108回采推進至450 m位置時由于受到褶曲、斷層等構(gòu)造發(fā)育，造成采面頂板極為破碎，其中156號~159號支架間出現(xiàn)頂板冒落問題。采用液壓支架移架困難，在頂板破碎區(qū)域內(nèi)液壓支架工作阻力不能達到預(yù)先設(shè)計要求，采面液壓支架工作阻力一般在設(shè)定值80%以內(nèi)，采煤機割煤時部分區(qū)域煤壁片幫，采面煤炭僅能割3刀煤（推進2.4 m/d），頂板破碎給采面正?；夭蓭盹@著不利影響。

2 采面頂板破碎原因分析

1）采面?zhèn)涡辈贾?。于受到區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造影響，采面?zhèn)涡辈贾?，回風巷滯后進風巷約25 m，采面?zhèn)涡苯嵌仍?5°~23°。采面回采后在機尾處形成三角煤柱區(qū)，在采動動壓影響下三角煤柱區(qū)煤壁片幫嚴重，煤柱對頂板支撐強度有限，進一步導(dǎo)致頂板破碎。

2）上覆采空區(qū)影響。3108采面上覆為2號煤層采空區(qū)，3號煤層與2號煤層平均間距為9.5 m。2號煤層開采后造成3號煤層頂板出現(xiàn)裂隙，從而給3號煤層正?；夭蓭聿焕绊憽?/p>

3）地質(zhì)構(gòu)造。根據(jù)前期探測資料，3108采面內(nèi)發(fā)育有多條斷層，其中對采面回采影響較大的有DF402（H=1~13 m，198°∠49°）、DF413（H=3~6 m，126°∠65°）斷層，在斷層影響帶附近煤巖體破碎，且斷層在采面內(nèi)延伸長度均在100 m以上，是造成采面頂板破碎的主要原因。

4）煤巖體穩(wěn)定性差。3號煤層上覆有0.5 m厚砂質(zhì)泥巖、泥巖偽頂，直接頂為厚度3.9 m炭質(zhì)泥巖，強度均較低，在上覆2號煤層開采時即會產(chǎn)生一定的裂隙，加之受到3108采動動壓影響，頂板承載能力進一步降低。

3 頂板控制措施

為了確保3108采面回采安全，針對煤層頂板破碎問題，提出采用注漿方式加固頂板，從而為采面正?；夭蓜?chuàng)造良好條件。

3.1 注漿設(shè)備及材料

在3108綜采工作面頂板破碎區(qū)域內(nèi)采用注漿錨桿進行注漿加固，具體涉及到的注漿加固設(shè)備分別為：注漿泵、中空注漿錨桿、錨桿鉆機（KT-125）、馬麗散注漿漿液、錨固劑等。采用的中空注漿錨桿規(guī)格為Φ30 mm×3 500 mm。注漿錨桿在液壓支架中間位置施工，錨桿間距為3 000 mm、排距為3 000 mm。為了降低注漿加固成本，在頂板完整區(qū)域內(nèi)不注漿，僅僅在頂板即為破碎區(qū)域，如機尾三角煤區(qū)、斷層破碎帶附近進行注漿。具體注漿鉆孔現(xiàn)場布置以及注漿錨桿規(guī)格見圖1—圖2所示。

圖1 注漿錨桿布置示意圖（mm）

圖2 中空注漿錨桿規(guī)格參數(shù)及注漿加固系統(tǒng)組成（mm）

3.2 注漿施工工藝

1）在采面回采推進靠近DF402、DF413斷層時，若煤層頂板相對較為完整，未出現(xiàn)大范圍破碎區(qū)時，采煤機割煤后也為有明顯片幫、頂板冒落時，液壓支架可采用帶壓移架方式推移，確保頂板穩(wěn)定。

2）當工作面推進到地質(zhì)構(gòu)造破碎帶時頂板破碎且端面距增加時，采用中錨桿鉆機、中空注漿錨桿、注漿泵等對頂板進行注漿加固。

3）為降低支架推移時造成中空注漿錨桿損壞，給錨桿正常使用帶來影響，將中空注漿錨桿布置在鄰近兩個支架前探梁中心位置，且開孔位置與探梁前端相距300 mm。

4）注漿錨桿鉆孔施工完畢后，在鉆孔內(nèi)塞入直徑28 mm、長600 mm超快樹脂錨固劑及中空注漿錨桿，并用錨桿攪拌錨固劑，攪拌時間在20~30 s間。

5）錨桿應(yīng)垂直頂板布置，允許角度偏差在3°以內(nèi)，錨桿安裝完成后在外露段通過連接套將注漿軟管與錨桿連接，注漿棚提供的注漿壓力在1.5 MPa以上。

6）注漿完成后采用黃泥封堵錨桿端頭，在外露端采用規(guī)格200 mm×400 mm鋼托盤護頂，并采用螺母緊固到錨桿上。

4 頂板控制效果分析

對頂板破碎區(qū)域注漿錨桿注漿后，提高了頂板穩(wěn)定性及強度，截止到2020年7月20日采面已回采推進至750 m位置，采面已完全通過DF402、DF413斷層破碎帶，在過斷層破碎帶時頂板未在出現(xiàn)冒落問題，同時煤壁片幫問題得以明顯改善。

在過斷層破碎帶時對注漿加固后的頂板巖層進行單軸抗壓試驗，發(fā)現(xiàn)后巖層抗壓強度較注漿前提升約45 MPa，頂板巖層承載能力得以明顯提升。對頂板注漿加固后液壓支架工作阻力也有所提升，可滿足采面頂板控制需要。

5 結(jié)論

1）采用注漿加固方式控制3108綜采工作面頂板破碎區(qū)域，逐漸加固后采面頂板穩(wěn)定在、承載能力得以顯著提升，在過斷層破碎帶時未再出現(xiàn)頂板冒落問題，取得顯著的頂板控制效果。

2）采用中空注漿錨桿對采面頂板進行控制，可減少注漿鉆孔數(shù)量，從而降低采面頂板在注漿對回采工作影響。

3）對頂板進行注漿加固后雖然可提高頂板穩(wěn)定性，但是頂板控制成本較高。因此，此方法僅在頂板極為破碎區(qū)域使用。在頂板正?；蛘呱晕⑵扑閰^(qū)域內(nèi)可采用帶壓移架、鋪設(shè)柔性纖維網(wǎng)方式對頂板進行控制。