綜采工作面過中部漏頂區(qū)支護(hù)技術(shù)應(yīng)用

王星慧

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)野川煤礦，山西 晉城 048400）

1 概述

晉能控股煤業(yè)集團(tuán)野川煤礦3205 工作面位于井田邊界西南部，東鄰二采區(qū)膠帶巷，南邊、西邊為井田邊界保安煤柱，北邊為設(shè)計3205 膠帶順槽。3205 工作面設(shè)計走向長度為906 m，傾向長度為185 m，回采煤層為3#煤層，煤層平均厚度5.8 m，局部含夾矸，夾矸厚度約0～0.02 m。煤層頂?shù)讕r性見表1。

表1 3#煤層頂?shù)装鍘r性匯總表

2 工作面漏頂區(qū)及漏頂機(jī)理

2.1 工作面漏頂區(qū)

3205 工作面回采至320 m 處時，位于75#～86#支架之間頂板出現(xiàn)漏頂。漏頂最大高度為2.8 m，長度為18.4 m，寬度2.5～3.2 m，漏頂區(qū)呈不規(guī)則半圓狀。漏頂區(qū)頂板巖體錯亂布置，主要為破碎狀泥巖、碎石，工作面推進(jìn)受頂板冒漏影響出現(xiàn)煤壁片幫現(xiàn)象。現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，工作面回采至325 m 位于78#～83#支架前方煤壁片幫深度達(dá)2.1 m，煤壁與頂板之間夾角為76°，支架過冒漏區(qū)時頂梁出現(xiàn)“鏤空”現(xiàn)象，支架工作阻力小，起不到預(yù)期支護(hù)效果，如圖1。

圖1 3205 工作面漏頂示意圖

2.2 工作面漏頂機(jī)理

2.2.1 地質(zhì)構(gòu)造影響

工作面回采至317 m 和320 m 處，在工作面中部分別揭露兩條正斷層。斷層平均落差為1.4 m，傾角為50°，兩條斷層隨著工作面推進(jìn)疊加布置。工作面煤巖體在兩條斷層切割作用下呈破碎狀。

2.2.2 集中應(yīng)力破壞

工作面正?；夭蓵r位于工作面前方30 m 范圍內(nèi)出現(xiàn)超前應(yīng)力區(qū)，當(dāng)工作面揭露斷層后斷層應(yīng)力與回采應(yīng)力疊加作用，對斷層附近煤巖體產(chǎn)生剪切作用，導(dǎo)致煤巖體力學(xué)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低，造成煤巖體破碎、冒漏現(xiàn)象。

2.2.3 支架支護(hù)強(qiáng)度低

工作面頂板未出現(xiàn)冒漏時，通過支架初撐力及工作阻力對頂板進(jìn)行有效支護(hù)，但是當(dāng)頂板出現(xiàn)破碎、冒漏后，支架在冒漏區(qū)時頂梁出現(xiàn)不接頂現(xiàn)象，支架對冒漏區(qū)頂板無法完全支護(hù)，導(dǎo)致頂板巖體松散垮落；同時支架在斷層區(qū)支護(hù)時，支架頂梁對破碎區(qū)巖體產(chǎn)生切頂破壞作用，增加了巖體破壞力度。

2.2.4 上覆采空區(qū)影響

根據(jù)地質(zhì)資料顯示，3205 工作面310～360 m 段上覆為小窯采空區(qū)，層間距為17 m。通過鉆孔窺視發(fā)現(xiàn)，受采空區(qū)影響，層間巖體裂隙發(fā)育，巖體破壞嚴(yán)重，巖體承載強(qiáng)度降低。

3 冒頂區(qū)支護(hù)技術(shù)

為了防止工作面冒漏區(qū)范圍擴(kuò)大，決定對3205工作面冒頂區(qū)采取“淺深孔注漿加固+人工假頂+超前穿梁”聯(lián)合支護(hù)技術(shù)[1-5]。

3.1 淺深孔注漿加固

3.1.1 注漿目的

采用淺孔注漿對冒漏區(qū)圍巖進(jìn)行二次重組加固，提高巖體整體抗壓強(qiáng)度以及承載能力。同時，注漿液可對巖體表層裂隙進(jìn)行填充，防止應(yīng)力釋放時對裂隙巖體產(chǎn)生剪切破壞作用；采用深孔注漿可超前對構(gòu)造區(qū)巖體進(jìn)行加固，形成帷幕圈，起到抗壓防水作用。

3.1.2 鉆孔布置參數(shù)

（1）淺孔布置參數(shù)。注漿淺孔布置在75#～86#支架頂梁前方0.5 m 處，鉆孔布置間距為3.0 m，鉆孔深度為3.0 m，鉆孔與頂板布置夾角為70°。

（2）深孔布置參數(shù)。注漿深孔布置在78#～82#支架頂梁前方1.0 m 處，鉆孔布置間距為0.8 m，鉆孔深度為15 m，鉆孔布置成扇形，且鉆孔與頂板之間布置夾角為55°。

3.1.3 注漿材料選取

（1）注漿材料采用新型無機(jī)注漿材料，主要由50%的水泥熟料、43%的石膏以及6%的生石灰組成。其中水泥熟料中添加減水劑、緩凝劑以及增稠劑，配比為1:0.6:0.9。新型無機(jī)注漿材料最小凝固時間為45 s，凝固體抗壓強(qiáng)度為21 MPa。

（2）新型無機(jī)注漿材料注入煤巖體裂隙后發(fā)生水化反應(yīng)時與煤巖體內(nèi)部的活性離子發(fā)生化學(xué)、物理以及生物反應(yīng)，反應(yīng)后生成的產(chǎn)物可對煤巖裂隙進(jìn)行填充，增加了破碎煤巖體致密性，提高了煤巖體與注漿材料之間的范德華力。同時，在反應(yīng)過程中分子與離子之間進(jìn)行交換，提高了圍巖膠結(jié)強(qiáng)度。

3.2 人工假頂施工

為了保證支架能夠順利通過冒頂區(qū)，冒頂區(qū)注漿后決定對75#～86#支架前方施工人工假頂。

（1）首先在75#～86#支架頂梁前方施工5 組錨索，錨索長度為6.0 m，直徑為17.8 mm，錨索布置排距為3.0 m，間距為2.0 m，第一排錨索布置在前探梁前方0.3 m 處。

（2）錨索施工完后，在每組錨索下方安裝一根長度為2.5 m 槽鋼。槽鋼平面向下，共計吊掛5根槽鋼，槽鋼吊掛時必須拉水平線保證安裝后槽鋼位于同一水平面上。

（3）槽鋼安裝后在相鄰兩根槽鋼上方鋪設(shè)工字鋼梁，鋼梁與槽鋼之間采用卡纜進(jìn)行固定。工字鋼梁鋪設(shè)完后在其以上依次鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)、油布以及道木，道木長度為2.0 m，道木呈“口”字型布置，道木鋪設(shè)后必須與冒漏區(qū)接頂，如圖2。

（4）人工假頂施工后，采用注漿泵對假頂間隙填充羅克休膨脹劑。羅克休主要由樹脂、催化劑等部分組成，配比為4:1。填充后膨脹時間為3～5 min，膨脹體積為30～50 倍。

3.3 超前穿梁施工

為了防止在斷層區(qū)回采時出現(xiàn)頂板超前破碎現(xiàn)象，在75#～86#支架前方煤壁穿梁堵漏頂施工。

（1）首先采用手持式鉆機(jī)在頂板處垂直煤壁施工穿梁鉆孔，鉆孔深度為3.0 m，穿梁鉆孔間距為1.0 m，鉆孔直徑為125 mm。

（2）鉆孔施工完后，對鉆孔內(nèi)安裝工字鋼梁。工字鋼梁端頭切割為凹型結(jié)構(gòu)，并卡扣在假頂槽鋼上。工作面回采時若頂板出現(xiàn)冒漏及時在鋼梁上方鋪設(shè)道木。

4 效果

（1）對冒漏區(qū)采取淺深孔注漿加固后，起到有效的防堵防漏作用，增加了冒漏區(qū)巖體間內(nèi)摩擦角，控制了頂板冒漏現(xiàn)象。

（2）對冒漏區(qū)施工人工假頂后，解決了支架過冒漏區(qū)頂梁不接頂造成初撐力、工作阻力不足等問題。同時，施工人工假頂后可對冒漏區(qū)起到填充封堵作用，防止冒漏區(qū)煤體氧化自燃以及瓦斯積聚。

（3）對工作面施工超前穿梁后，實現(xiàn)了工作面煤巖體超前支護(hù)，防止了集中應(yīng)力對煤巖體超前破壞，避免了工作面回采時在集中應(yīng)力作用下端面破碎、煤壁片幫現(xiàn)象。