综采工作面过应力区顶板控制技术应用

吴晓峰

（晋能控股煤业集团有限公司，山西 大同 037001)

1 概述

北辛窑矿8102 工作面采用一进一回通风，工作面东侧为8101 工作面采空区，西侧是未开采的实体煤柱，北侧是井田边界，南侧是集中辅运大巷、集中胶带大巷和回风大巷。

8102 工作面走向长度为1400 m，倾向长度为230 m，工作面回采的是山西组2#煤层，平均厚度为5.92 m，平均倾角为3°。2#煤层直接顶主要以泥岩为主，平均厚度为3.6 m；基本顶主要以细砂岩为主，平均厚度为11.4 m。18105 工作面采用低位放顶煤回采工艺，截至目前工作面已回采840 m。

工作面回采至835 m 处位于机头4#～18#支架之间的顶板出现破碎现象。随着工作面推进，当工作面回采至840 m 处时顶板出现局部冒漏，煤壁片帮严重，片帮深度达1.9 m，端面空顶距达2.3 m，严重制约着工作安全高效回采。

2 8102 工作面端面破碎机理

（1）煤层赋存条件的影响。8102 工作面回采的2#煤层属于结构不稳定的复合型煤层，煤层内夹杂多层矸石，主要为泥岩、砂岩，局部出现火成岩侵入现象，导致煤层赋存结构稳定性差。工作面回采过程中在回采应力作用下煤层与矸石层之间极易产生脱落，造成煤层破碎现象。

（2）集中应力影响。由于8102 工作面东部为18101 工作面采空区，8102 工作面运输顺槽与采空区预留的煤柱宽度为20 m，工作面在前期回采过程中运输顺槽位于采空区侧煤柱出现破裂、片帮现象，采空区残余应力向工作面传递。同时，工作面回采到847 m处将揭露一条F4正断层，断层落差为1.4 m，倾角为57°，断层将从16#支架前方揭露，并向运顺顺槽侧延伸，断层与工作面夹角为48°。在采空区残余应力、F5 断层构造应力以及回采应力等集中应力破坏作用下，工作面顶板及煤壁出现破碎现象。

（3）回采工艺的影响。8102 工作面主要采用低位放顶煤回采工艺，回采高度为3.3 m，放煤高度为2.62 m，8102 工作面单刀割煤深度为0.8 m。工作面在回采过程中顶煤稳定性差，承载能力低，在应力作用下顶煤破碎严重，应力在破碎区产生卸压作用，造成煤壁产生剥离破坏，致使煤壁片帮，并加大了端面空顶距。

3 工作面应力区顶板联合控制技术

为了进一步提高8102 工作面顶板稳定性，控制端面距，防止顶板垮落事故，决定对应力区顶板采取“吊梁勾顶+炮扩循环”等综合顶板控制技术[1-5]。

3.1 吊梁勾顶法

（1）通过现场观察发现，8102 工作面 840 m处顶板冒漏深度为2.7 m，沿工作面走向冒漏宽度为2.2 m，沿工作面倾向冒漏长度为8.4 m（位于6#～11#支架前方），工作面冒漏区在调梁勾顶前需将1#～5#、以及12#～30#支架超前移架到位。

（2）在6#支架前方顶板开始施工起重锚索，每组两根，锚索长度为5.3 m，直径为17.8 mm。同一组锚索第一根施工在距支架前探梁前方0.15 m处，第二根与第一根施工在距工作面煤壁0.3 m 处。

（3）第一组起重锚索施工完后，锚索外露长度控制在0.5 m 左右，并在锚索外露端安装一根长度为2.5 m 工字钢梁。第二组起重锚索与第一组间距为3.5 m，冒漏区共计施工三组锚索吊梁。

（4）锚索吊梁全部施工完后微调钢梁，确保钢梁在同一水平面上，然后在三组锚索梁棚上方铺设一排密集板梁，每根板梁长度为4.0 m。板梁铺设完成后在其上方依次铺设木垛，直至与冒漏区顶板接触严实。8102 工作面冒漏区吊梁勾顶平面示意图如图1。

3.2 炮扩循环法

（1）炮扩循环法过破碎区前应将采煤机移至工作面尾部，对工作面伪斜进行调整，并将工作面支架全部移架到位。

（2）从工作面5#支架前方煤壁从顶板至底板施工一排爆破钻孔，每排5 个，爆破孔深度为1.2 m，直径为32 mm，孔间距为0.6 m。爆破孔施工完后对钻孔依次填入矿用乳化炸药以及毫秒延期电雷管，进行爆破施工。

（3）第一排爆破孔施工完后在爆破形成的缺口处向机尾处施工扩帮爆破孔，扩帮爆破孔共计两排，每排4 个钻孔，孔深为1.5 m，直径为32 mm。钻孔施工完后依次填装炸药及雷管进行扩帮施工，每次扩帮深度为1.2 m，扩帮长度为1.5 m。

（4）扩帮后当扩帮长度达3.0 m 时，在扩帮顶板安装若干根超前支护钢梁，钢梁长度为2.0 m。钢梁一端与支架前探梁搭接，外露部分采用一排单体液压支柱进行支撑。如图2。

（5）当5#～12#支架前方煤壁全部扩帮到位后，采煤机从尾部斜切进刀向头部割煤。当采煤机上行割煤至12#支架时及时回收单体柱及钢梁，并及时将支架移架到位。割煤完成后再将采煤机移至工作面尾部，进行下一循环爆破扩帮施工，直至工作面完全过破碎区。

图1 8102 工作面冒漏区吊梁勾顶平面示意图

图2 8102 工作面破碎区炮扩循环回采剖面示意图

3.3 注意事项

（1）工作面过破碎区期间，应加大工作面机电设备检修维护力度，保证支架液压系统完好，防止支架出现跑、冒、滴、漏现象，确保支架在破碎区具有足够的初撑力及工作阻力。

（2）工作面应采用追机带压移架，控制好工作面采高，保证支架一次移到位，及时伸出护帮板，避免反复升降造成顶板破碎。

（3）工作面冒漏区吊梁勾顶完成后，应随时观察顶板变化情况，并对冒漏区有害气体进行实时监测。若冒漏区瓦斯、一氧化碳出现积聚现象时，及时对高冒区进行罗克休填充封堵。

（4）工作面在爆破扩帮施工前，应在5#～12#支架前方安装挡矸帘，防止爆破损坏支架。爆破时严格执行“一炮三检、三人联锁”放炮制度。

（5）工作面在爆破施工时，若发现煤壁片帮深度达2.0 m 以上，顶板破碎严重难以预留时，可对煤壁施工注浆孔进行注浆加固，对工作面顶板施工撞楔超前支护进行顶板超前维护。

4 结束语

通过对工作面采取“吊梁勾顶+炮扩循环”等综合顶板控制技术，在后期回采过程中未发生顶板冒漏事故，控制了顶板失稳现象。工作面端面空顶距由原来的1.3 m 降低至0.27 m，煤壁片帮深度控制在0.4 m 以下，保证了工作面在应力破碎区回采安全，取得了显著应用成效。