综采工作面过断层架前漏顶机理及控制技术

谭昌盛

（山西煤炭运销集团掌石沟煤业有限公司，山西 晋城 048400）

1 概述

掌石沟煤矿15104 工作面东部为实体煤，南部与一采区三条大巷相连，西部与15103 回风顺槽相距150 m，为回采实体煤，北部为原掌石沟矿15101 工作面采空区，留设30 m 保护煤柱。

15104 工作面设计走向长度为1046 m，倾向长度为180 m，回采煤层为15#煤层，煤层结构较简单，含0～2 层夹矸，上部夹矸0.3～0.5 m，下部夹矸0.25～0.3 m，煤层厚度为3.55～4.84 m，平均厚度4.19 m。煤层顶底板岩性见表1。

表1 15#煤层顶底板岩性表

15104 工作面地质构造相对单一，主要以中小断层为主。工作面推进至740 m 处时位于34#支架前方揭露F11 正断层，断层落差为1.8 m，倾角为54°。断层从34#～36#支架前方煤壁侵入向机头方向贯穿，在工作面前方49 m 处运输顺槽处揭露。

2 工作面过断层冒漏机理

2.1 工作面回采现状

15104 工作面揭露F11 断层后，断层两盘煤柱出现空间位移，34#支架向机头方向煤柱为断层上升盘，36#往机尾方向为断层下降盘，工作面揭露断层后从机头向机尾方向采用俯斜回采工艺。早班工作面推进至745 m 处时位于33#～36#支架前方顶板出现冒漏，冒漏长度为3.7 m，宽度为1.5 m，高度为1.4 m。工作面冒漏后及时超前移架（20#～40#支架）并减小采煤机截割深度为0.5 m，但是夜班第二刀割煤时再次出现冒漏，并与早班冒漏区贯穿，造成33#、34#、35#、36#四架支架顶梁上方出现“镂空”现象，支架初撑力及工作阻力不达标，工作面被迫停产。

2.2 断层区顶板冒漏机理

1）构造应力影响。15104 工作面揭露断层后，断层附近围岩在构造应力作用下出现严重破碎现象。随着工作面推进，断层区围岩裂隙发育带范围不断扩大，造成围岩失稳，集中表现在煤壁片帮、端面距加大且端面破碎、断裂等，导致顶板冒漏。

2）回采工艺影响。15104 工作面揭露断层后，从机头向机尾方向采用俯斜回采工艺，采煤机下行割煤至30#支架时以8°下山角俯斜回采。俯斜回采期间对断层上盘煤柱预留顶煤，回采至47#支架处完全揭露断层下盘顶底板。俯斜回采期间30#～37#支架前方煤柱预留顶煤厚度在0～1.0 m，顶煤预留难度大，易垮落。

3）支架支护强度低。15104 工作面采用俯斜回采时，俯角大，该区域支架易倾斜，支架顶梁与顶板接触面积不足70%，俯斜期间顶板失稳现象严重，支架对顶板施加支撑力时顶板出现挤压破碎现象，造成支架初撑力及工作阻力不足，支护强度低。

3 架前冒漏区控制技术[1-5]

3.1 围岩注浆加固

为了提高断层区围岩稳定性，对断层区域煤柱采取注浆加固，注浆加固区主要分为切巷煤柱和顺槽煤柱。

3.1.1 注浆钻孔布置

1）15104 工作面揭露断层后，在745～760 m段主要对工作面进行注浆加固。注浆钻孔布置在30#～45#支架前方煤壁上，钻孔开口位置距顶板1.0 m，钻孔深度为5.0 m，直径为45 mm，布置仰角为45°，布置间距为2.0 m。

2）当15104 工作面推进至760 m 后，随着断层向机头方向延伸，机头侧三角煤柱出现垮落，在760～790 m 段需对端头三角区域布置注浆钻孔。钻孔深度为8.0 m，钻孔布置在运输顺槽位于工作面侧煤柱上，钻孔垂直煤柱布置，布置间距为3.0 m。

3.1.2 注浆材料

考虑到工作面在断层区围岩破碎严重，围岩抗压强度低且裂隙高度发育，所以选择的注浆材料必须具有渗透力强、粘接力好、凝固体强度高且具有一定的发泡效果，所以注浆材料选取美固MP367。该注浆材料主要由A、B 组分组成且以1:1 混合而成，浆液凝固速度快，发泡率高，反应温度低，具有很好的阻燃性和抗静电性。

3.1.3 注浆施工

1）采用双液化学注浆泵进行注浆施工，注浆泵最大注浆流量为9.4 L/min，往复频率为75 min-1，耗气量为2.1 m3/min，额定注浆压力为14 MPa，出浆口最大压力为24 MPa。

2）注浆时从机头向机尾方向依次注浆，注浆先高压后低压，稳定注浆压力为6 MPa，稳压时间不得低于10 min。

3.2 人工勾顶

为了对架前冒漏区实现封堵、填充，防止支架过冒漏区时出现初撑力、工作阻力不足现象，决定对冒漏区采取人工勾顶施工。

1）首先在32#～37#支架前方冒漏区顶板施工4架锚索吊棚，吊棚垂直煤壁布置，每架锚索吊棚长度为2.5 m，由1 根工字钢梁和2 根长度为4.5 m、直径17.8 mm 锚索组成，锚索吊棚布置排距为3.0 m，如图1。

2）锚索吊棚施工完后，在吊棚上方沿工作面倾向方向铺设4 排槽钢，每排布置2 根，每根槽钢长度为5.0 m，布置排距为0.5 m，槽钢与锚索吊棚之间采用双组卡缆交叉固定。

3）槽钢固定后，在其上方铺设钢筋网、风筒布并架设“井”字型道木，道木铺设到位后，采用张拉机具对锚索吊棚进行预紧。

3.3 超前管棚支护

注浆及人工勾顶完成后，工作面回采前对俯斜段顶板施工一排超前管棚支护，防止留顶区冒漏、垮落。

1）超前管棚支护施工在30#～47#支架前方煤壁上，管棚支护体采用长度为3.0 m、直径为30 mm无缝中空钢管，端头设置为削尖状。管棚支护布置在设计俯斜顶板位置，以3°仰角布置，布置间距为0.5 m。

2）管棚支护施工后，当工作面推进2.5 m 时，施工第二排超前管棚支护，相邻两排叠加布置，叠加长度为0.5 m，并采用JW 型钢带进行固定。

图1 15104工作面过断层架前冒漏区支护技术示意图（mm）

4 效果

1）增加了围岩稳定性。通过对工作面断层区围岩注浆加固后，注浆液渗透凝固能够及时对围岩裂隙填充、封堵，并实现粘接作用，防止了裂隙区应力释放破坏作用，化学注浆改变了围岩性质及力学结构，围岩单轴抗压强度提高至47 MPa。

2）控制了冒漏现象。对冒漏区采取人工勾顶后实现了对冒漏区的封堵，保证了支架在冒漏区的支护强度，避免了冒漏区瓦斯积聚以及氧化自燃等事故发生。

3）提高了支架支护强度。对断层区围岩采取注浆、人工勾顶以及超前管棚支护后，提高了架前顶板稳定性，保证了冒漏区支架支护强度，实测后期支架冒漏区初撑力及工作阻力提高至95%以上，未出现支架倒架、顶梁镂空等现象。

5 结语

15104 工作面过断层期间架前冒漏区采取“注浆加固、人工勾顶以及超前管棚”措施，对冒漏区起到了显著的控制作用，加快了工作面回采速度，减少了断层区顶板冒漏、煤壁片帮等现象，达到了预期控制效果，取得了显著应用成效。