综采工作面超前应力区支护技术应用

杨 帅

（晋能控股煤业集团铁峰煤业公司南阳坡矿，山西 大同 037200）

1 南阳坡矿8811工作面概述

晋能控股煤业集团铁峰煤业公司南阳坡矿8811工作面井下位于408盘区东部，北部为落差65 m断层；南部为408盘区巷；西部为设计8809工作面；东部为8813备采工作面[1-2]。

8811工作面倾斜长度为180 m，走向长度为1 051 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°，煤层顶底板岩性如表1所示。

表1 8811工作面5号煤层顶底板岩性

2 工作面回采技术难题

8811工作面采用单一走向长壁后退式综合机械化放顶煤采煤方法。采用MG650/1630-WD型采煤机及ZF13000/25/38型放顶煤支架，综合考虑支架高度确保工作面来压期间立柱收缩后采煤机能够正常通行，满足通风、回采率要求，最终采高定位3.5 m。

截至2020年8月11日8811工作面已回采至420 m，8811工作面回采至415 m处时工作面尾部三角处于出现煤壁片帮、顶板破碎现象，且伴随着回风顺槽出现底鼓、两帮收敛现象，通过现场实测，当工作面回采至420 m处时工作面片帮深度达1.4 m，回风顺槽处底鼓量达0.49 m，两帮收敛量达0.57 m，造成回风顺槽成型效果处，局部单体柱倒塌，严重制约着工作面安全高效回采。

通过现场勘探发现，8811工作面回采至425 m处时位于工作面尾部揭露一条断层，断层落差为1.9 m，倾角为52°，断层从回风顺槽向工作面内延伸，断层与工作面夹角为47°，断层侵入后破坏了工作面煤岩体整体稳定性，工作面回采过程中在构造应力、回采应力等集中应力破坏作用下，煤岩体出现破碎、垮落现象。

3 应力超前区支护技术

为了保证8811工作面后期安全回采，决定对回风顺槽采取“施工卸压钻孔+施工加长玻璃钢锚杆+安装矩形钢棚”联合支护技术。

3.1 施工卸压钻孔

由于工作面过断层期间，构造应力对煤岩体产生剪切作用，导致煤岩体出现裂隙带，应力在裂隙带进行释放，释放过程中会对煤岩体产生卸压破坏作用，所以决定对应力区施工卸压孔进行应力释放。

1）采用液压钻机配套长度为1.2 m钻杆以及直径为65 mm钻头进行卸压孔施工，每排施工两个卸压钻孔，钻孔布置间距为2.0 m、排距为5.0 m，卸压钻孔垂直顶板布置，钻孔深度为3.0 m，卸压孔距巷帮间距为1.1 m，如下页图1所示；卸压孔施工后为防止卸压过程中出现塌孔现象，对卸压孔安装护孔管，护孔管长度为2.5 m，共计安装2根，护孔管两侧均匀布置卸压小孔。

2）为了确保支架平稳过应力区，需对8811工作面底鼓区进行起底、硬化，采用松动爆破进行起底施工，起底后保证起底区底板平整，起底后对起底处进行混凝土硬化，硬化到位后保证与原巷道设计底板平整。

3.2 施工加长玻璃钢锚杆

由于受集中应力影响，8811工作面两帮出现破碎、收敛现象，所以决定对应力区巷帮采取玻璃钢锚杆以及锚索进行联合支护。

图1 8811工作面回风顺槽应力区联合支护断面示意图（单位：mm）

1）煤壁侧支护：为了保证工作面采煤机正常割煤，决定对煤壁侧巷帮施工加长玻璃钢锚杆支护，玻璃钢锚杆长度为3.0 m，直径为25 mm，玻璃钢锚杆布置排间距为1.0 m，共计施工四排，第一排距顶板间距为0.5 m；锚杆钻孔采用手持式钻机进行施工，钻孔深度为3.0 m，直径为30 mm，钻孔施工后采用端头锚固的方式进行锚注玻璃钢锚杆，玻璃钢锚杆外露端安装一块直径为18mm玻璃钢托盘，并采用螺母进行预紧。

2）非煤壁侧支护：对非煤壁侧决定采用锚索进行支护，锚索长度为4.0 m，直径为17.8 mm，共计布置四排锚索，锚索减排较为1.0 m，锚索钻孔采用专用钻机进行施工，钻孔深度为4.0 m，锚索同样采用端头锚固方式，锚索锚固后在其外露端安装一块长度为0.45 m，宽度为0.25 m钢托板，并采用锁具进行预紧。

3.3 矩形工字钢棚支护

为了提高应力区顶板承载强度，防止顶板应力向两帮传递导致巷帮破碎垮落，决定对巷道架设密集工字钢棚。

1）工字钢棚结构：8811工作面回风顺槽安装的工字钢棚主要由顶梁、棚腿、卡缆、拉杆、底座等部分组成，顶梁及棚腿主要由11号工字钢梁焊制而成，其中顶梁长度为4.2 m，棚腿长度为3.5 m，顶梁与棚腿之间采用卡缆进行固定；每架钢棚配套两根圆钢拉杆，拉杆长度为1.0 m，拉杆安装在棚腿上；底座与棚腿之间采用螺母进行固定。

2）安装工序：矩形钢棚安装时应先安装底座，底座安装到位后，安装棚腿，棚腿安装后安装顶梁，顶梁安装到位后保证顶梁与顶板接触严实；钢棚安装间距为1.0 m，所有钢棚安装后对相邻两架钢棚之间安装一组拉杆进行固定。

3）安装注意事项：在安装钢棚时底座必须安装坚硬底板上，必要时可采用地锚将其固定在底板上；在进行钢棚棚腿安装时必须保证同一架钢棚棚腿位于同一水平线上，若巷道顶板不平，为了保证棚腿稳定性，可采用锚杆将棚腿固定在巷帮上。钢棚棚腿与顶梁采用卡缆进行固定，卡缆固定后必须进行预紧，预紧力不得低于200 N·m；在局部区域若顶板出现破碎，导致钢棚安装后顶梁与顶板不接顶时，应采用道木进行背牢[3-5]。

4 结语

2020年8月24日8811工作面已回采至475 m，工作面已完全过断层区，工作面在过断层期间通过对回风顺槽应力区采取联合支护技术后，大大提高了围岩整体稳定性，通过后期现场观察以及对回风顺槽围岩进行监测发现，采取联合支护技术后，有效控制了工作面尾部煤壁片帮现象，片帮深度降低为0.5 m，回风顺槽围岩变形情况也得到了有效的改善，巷道底鼓量控制在0.21 m，两帮收敛量控制在0.25 m以下，顶板下沉量控制在0.12 m以下，未出现顶板破碎、两帮垮落现象，取得了显著应用成效。