综采工作面端面破碎顶板控制技术的应用

杨三涛

（晋能控股煤业集团铁峰煤业有限公司，山西 朔州 037200）

1 8811 工作面概述

晋能控股煤业集团铁峰煤业有限公司南阳坡煤矿8811 工作面井下位于408 盘区东部，北部为落差65 m 的断层，南部为408 盘区巷，西部设计为8809工作面，东部为8813 备采工作面。

8811 工作面设计走向长度为180 m，倾向长度为1 034 m，工作面回采煤层为5 号层。煤层以黑色，半暗煤为主，弱沥青光泽，夹少量亮煤细条带，断口平坦状，参差状，裂隙发育，煤层夹有3～4 层夹矸，均为泥岩。煤层赋存条件稳定，工作面整体为一向斜构造，中部高，南北底，煤层平均厚度为9.77 m，平均倾角为3°。

8811 工作面采用综合机械化回采工艺，截至2020 年12 月7 日，工作面已回采至520 m。于12 月5 日工作面回采时，位于45 号—67 号液压支架前方的顶板第一次出现破碎现象，通过及时移架进行了有效控制；于12 月6 日早班时，该区域顶板支护难度加大，且伴随着煤壁片帮现象发生；于12 月6 日夜班时，该区域顶板第一次出现冒漏现象，冒漏深度为1.2 m，工作面在该区域移架难度大，支架初撑力不足设计值的75%，严重制约了工作面的安全高效回采。

2 端面顶板破碎机理

2.1 顶煤不稳定

8811 工作面采用放顶煤回采工艺，回采高度为3.5 m，留顶煤厚度为6.27 m，而工作面回采的9 号煤层稳定性差，煤层内含多层夹矸且多以炭质泥岩为主，夹矸破坏了煤体整体稳定性，同时工作面回采时受放煤工艺以及超前应力影响，煤体产生裂隙发育现象，导致煤体出现局部破碎。

2.2 地质构造影响

8811 工作面回采至480～640 m 处共揭露8 条小断层，断层平均落差为0.9 m，平均倾角为42°，断层主要分布在工作面10 号—75 号支架前方，受断层群影响，煤体整体力学结构降低，特别是在断层带附近，煤体破碎严重，承载强度减弱。

2.3 支架阻力不足

工作面回采至520 m 处，顶板出现破碎现象，液压支架在破碎区域初撑力及工作阻力达不到设计值，支架支护效果差，导致支架上方煤岩体应力破坏作用加剧，无法对顶板起到预期支护效果。

3 端面破碎顶板联合支护技术

3.1 迈步式锚索棚支护

为了提高破碎端面顶板稳定性以及承载能力，决定对断面顶板施工迈步式锚索棚支护。

1）迈步式锚索棚支护在10 号—75 号支架前方端面破碎顶板处进行施工，吊棚与工作面倾向平行布置，在工作面回采至520 m 处时，将工作面液压支架移架到位，并清理机道处浮煤。

2）8811 工作面破碎顶板处施工的锚索吊棚长度为3.5 m，每架吊棚主要由宽度为13 mm 的槽钢以及2 根锚索组成，2 根锚索施工在相邻两架支架之间，吊棚施工时槽钢平面与顶板接触严实。

3）第一排锚索吊棚施工在支架前方0.4 m 处，相邻两排锚索吊棚排距为1.2 m，且两排锚索吊棚呈交错迈步式布置，直至工作面完全过破碎区.联合支护平面示意图如下页图1 所示。

图1 8811 工作面端面破碎顶板联合支护平面示意图（mm）

3.2 注浆支护

1）注浆支护主要对工作面煤体及工作面前方顶板进行加固，防止破碎煤岩体在应力作用下出现超前破碎现象，并通过注浆支护来提高破碎煤岩体整体胶结能力，特别是提高顶板的承载能力。

2）每次注浆施工均在10 号—75 号支架前方煤壁距顶板1.3 m 处施工，钻孔间距为3.0 m，排距为5.0 m，钻孔深度为5.0 m，直径为45 mm，钻孔以45°仰角进行布置。

3）支护钻孔施工完后，在钻孔处安装注浆管，并将其与注浆泵进行连接，注浆液采用聚氨酯浆液，注浆时逐孔进行施工，单孔注浆时间为15 min，注浆完成后及时对注浆孔进行封孔施工。

3.3 超前管棚支护

为了防止工作面出现顶板超前破碎现象，决定在割煤前对工作面顶板施工一排超前管棚支护。

1）在10 号—75 号支架前方顶板处施工一排垂直于煤壁的超前管棚支护，管棚支护体长度为3.2 m，直径为30 mm，超前管棚支护时与煤壁垂直角在垂直方向上允许的偏差角度为2°，水平方向上允许的偏差角度为3°。

2）8811 工作面掘进至820 m 处时，对工作面顶板施工第一排超前管棚支护，相邻两排管棚支护排距为3.0 m，且呈交错式布置；在管棚支护施工完成后进行移架时，需保证支架顶梁与超前管棚支护接触严实。

4 应用效果

截至2020 年12 月15 日，8811 工作面已回采至560 m。工作面回采至554 m 处时工作面顶板已趋于稳定，完全过应力破碎区；工作面回采至556 m处时，工作面顶板停止施工联合支护。通过对工作面在过顶板破碎区时的现场观察发现，工作面端面破碎顶板施工联合支护后，在后期回采过程中顶板破碎现象得到了有效控制，最大端面距控制在0.4 m 以下，顶板未出现垮落、冒落，后期工作面支架初撑力及工作阻力提高至92%以上，取得了显著应用成效。