8311工作面顶板冒落机理及维护措施

秦曙亮

（大同煤矿集团雁崖煤业有限公司，山西 大同 037003）

1 概况

大同煤矿集团雁崖煤业公司8311工作面位于三盘区，工作面东部为盘区大巷，南部为8312工作面，西部为实煤区，北部为8310工作面。8311工作面设计走向长度为920m，倾向长度为220m，为了提高回采率，8311运输顺槽（2311巷）与8312运输顺槽（2312巷）之间预留6.0m小煤柱。

8311工作面回采煤层为二叠纪下统山西组4#煤层，平均厚度为3.5m。直接顶主要以炭质泥岩为主，平均厚度为4.5m，基本顶主要以粉砂岩为主，平均厚度为7.8m，岩体硬度大。8311工作面采用后退式综合机械化回采工艺，全部垮落法处理采空区，目前工作面已回采580m。

受工作面采动应力影响，8311工作面回采至576m处位于运输顺槽侧119#～116#支架之间的顶板出现破碎冒落现象，冒落区呈半球型。由于冒落区岩体垮落，液压支架支护效果差，煤壁片帮严重。随着工作面推进，冒落区范围逐渐扩大，当工作面回采至580m处时，端面空顶距达3.2m，空顶处冒落高度达1.5m，威胁着工作面安全回采。

2 工作面冒落原因分析

（1）顶板岩体稳定性差。由于8311工作面直接顶主要以炭质泥岩为主，岩体单轴抗压强度不足25MPa，岩体稳定性差且裂隙发育，承载能力低，工作面在回采时顶板断裂、破碎现象严重。且随着工作面不断推进，顶板破碎范围向顶板深处延伸，当顶板无法承载应力作用时出现冒落现象。

（2）顶板应力集中现象严重。由于8311工作面实行小煤柱回采，与8312工作面预留煤柱宽度仅为6.0m，而8312工作面已回采结束，受采空区应力影响，工作面小煤柱无法对顶板应力起到预期支撑作用，导致采空区应力向工作面扩展，在运顺顺槽侧出现采空区应力与回采应力集中现象，导致顶板冒落。

（3）煤壁片帮严重。由于8311工作面回采煤层为二叠纪下统山西组煤层，煤层发育不稳定，夹杂多层矸石，煤层呈破碎状。工作面回采期间受应力作用，煤壁片帮严重，造成端面空顶面积加大，工作面液压支架支护不及时，从而导致顶板破碎、冒落现象。

3 顶板冒落区联合维护措施

为了防止8311工作面冒落范围扩大，提高支架支护作用，保证工作面安全高效回采，通过技术研究，决定采取“人工假顶+注浆+施工恒阻组合锚索”等联合维护措施。

3.1 人工假顶施工

（1）首先在端面冒落区下方施工4架锚索吊棚，吊棚间距为1.0m，吊棚长度为3.5m。每架吊棚主要由一根11#工字钢梁及两根长度为8.0m锚索组成，锚索吊棚垂直工作面煤壁布置，吊棚施工完成后确保吊棚面与工作面顶板齐平。

（2）锚索吊棚施工完后，在前三架吊棚上方依次铺设菱形金属网及风筒布。金属网规格为长×宽=3.5×1.2m，金属网与工字钢梁采用铅丝绑接，在第四架钢棚处预留口。

（3）金属网、风带布铺设完成后，在其上方依次铺设方型道木，道木铺设时成“井”型布置，如图1所示。道木铺设后确保道木两端与冒落处煤壁充分接触，且与冒落处顶板接触严实。

（4）道木铺设完成后对第四架吊棚处铺设金属网、风筒布进行封闭处理，然后对假顶处埋入一根直径为20mm注浆软管，将软管与高压注浆泵进行连接。对假顶间隙处注入罗克修膨胀剂，确保膨胀剂完全填充假顶处间隙。

图1 8311工作面冒落顶板支护断面示意图

3.2 注浆支护

为了防止煤壁片帮，并提高顶板破碎岩体稳定性，决定在工作面施工注浆钻孔并进行注浆施工。

（1）在115#～119#支架之间煤壁施工一排注浆钻孔，钻孔排距为2.0m，与顶板间距为1.2m，共计施工4个注浆钻孔。钻孔深度为5.0m，直径为40mm，呈60°仰角布置，如图1所示。钻孔施工后确保终孔位置位于破碎岩体内。

（2）注浆钻孔施工后在钻孔内埋入直径为16mm软管，并采用膨胀水泥或封孔器对注浆钻孔进行封孔处理，封孔长度为0.5m。

（3）将注浆软管与注射枪连接，采用高压注浆泵进行注浆施工。注浆液采用聚氨酯混合粘合剂。注浆时先低压快速，后高压慢速，当注浆压力达到1.5MPa且稳定5min后立即停止注浆。

3.3 施工恒阻组合锚索

为了减缓8312采空区的应力作用，提高采空区侧顶板支撑作用强度，决定在2311巷施工恒阻组合锚索。

（1）恒阻组合锚索主要由一块规格为长×宽×厚=1.0×0.5×0.003m钢托板以及5根长度为8.0m、直径为21.6mm预应力钢绞线组成。每块钢板焊制5个直径为30mm圆孔，其中两端各两个，中间一个。

（2）2311巷从580m处开始施工组合锚索，组合锚索托板垂直巷道布置，间距为1.5m，施工在距小煤柱1.0m处，相邻两排组合锚索交错布置，交错距离为0.5m，2311巷共计施工10组组合锚索。

4 结 语

（1）通过对8311工作面冒落区施工人工假顶，保证了冒落区得到完全填充，避免了冒落区岩体因支护不到位或支护效果差破坏范围进一步扩大，提高了支架支护作用力，支架初撑力提高至87%以上。

（2）通过对片帮煤体及顶板破碎岩体采取注浆加固技术，提高了煤岩体胶结稳定性及承载能力，煤体单轴抗压强度提高至47MPa，岩体单轴抗压强度提高至64MPa。在后期回采期间未发生严重片帮现象，端面空顶区控制在0.5m以下。

（3）在2311巷施工迈步式恒阻组合锚索，提高巷道顶板稳定性，减小了采空区应力对小煤柱应力破坏，减小了采空区应力破坏向工作面方向延伸范围，解决了工作面运输顺槽侧顶板应力集中现象。