综采工作面过断层顶板控制技术

综采工作面过断层顶板控制技术

黄永乐

广西东怀矿业有限责任公司，广西壮族自治区百色市 533000

摘要:综采工作面回采期间过地质构造区时，受回采应力、构造应力等多重应力作用，工作面煤壁及顶板出现裂隙发育现象。且随着裂隙带延伸，破坏了煤壁及顶板稳定性，很容易发生顶板冒落事故。一旦顶板出现冒漏后，破坏了顶板承载梁结构，顶板稳定性降低。随着工作面不断推进，冒漏区范围不断扩大，传统采煤工作面主要采用液压支架进行顶板支护，当支架过冒漏区时造成支架顶梁与冒漏区顶板之间出现镂空现象，不仅降低了支架支护效果，而且冒漏区对顶板产生漏垮型破坏作用，严重威胁着工作面安全高效回采。本文以工作面为例，对工作面冒漏区顶板提出并实施了合理有效的围岩控制技术。

关键词:综采工作面；过断层；注浆；控制

由于受到断层、陷落柱这些地质构造的影响,煤层回采不够稳定性,工作面由回采应力、构造应力等多重应力的作用下,断层带周围煤岩体显现出来局部破碎、冒落等问题。顶板破碎、煤壁片帮严重问题会发生在工作面回采进程中,致使顶板维护变得很难,增大煤壁片帮后面的面距,不便于安全有效地进行回采工作。因此,工作面过断层的这段时间,一定有效理清顶板破碎机理,并且要采取高效、合理的控制方法,使得工作面安全急速的过断层。

1概述

某工作面设计走向长度为900m，倾向长度为210m。工作面回采煤层为位于下百岗段顶部，I煤层厚1.86～5.90 m，平均3.24m。I煤层结构较简单～复杂，一般夹2～4层泥岩或炭质泥岩夹矸，厚0～2.7m，平均0.7m。I煤层的煤的物理性质多呈块状，粉状和碎粒状次之，黑褐、褐黑色；条痕为褐～黄褐色；具条带状或均一结构，有时可见透镜状结构，偶见木质结构。层理有水平层理、缓波状层理。弱沥青光泽或暗淡光泽，贝壳状或粗糙状断口，硬度一般在2.5左右。I煤层顶板为泥岩或炭质泥岩，直接底板大多为泥岩或砂质泥岩，间接底板为厚层状粉砂岩，细砂岩，煤层倾角10°～16°。

针对工作面回采过断层期间工作面端面顶板出现冒漏现象，根据构造应力、围岩稳定性及支护强度合理分析了顶板冒漏机理，并提出了“人工假顶+注浆+JW型锚索梁棚”联合控制技术。通过实际应用效果来看，采取联合支护技术后，有效控制冒漏区范围进一步扩大，端面距控制在0.5m以下，降低了煤壁片帮现象，提高了工作面回采效率。

2工作面回采情况及分析

2.1工作面地质情况

工作面地质构造相对单一，主要以中小断层为主。工作面在前700m回采期间共计揭露2条正断层，断层平均落差为0.8m，平均倾角为52°。回采期间工作面顶板局部出现破碎现象，但对工作面回采影响不大。工作面回采至735m处揭露一条正断层，断层从工作面25#支架向运输顺槽方向延伸，断层落差为1.4m，倾角为57°，断层对工作面影响长度为32m。

2.2回采现状

工作面采用MG160/380-WD采煤机割煤，采煤机截深为0.6m。采用ZY3800/15/35掩护式支架支护工作面顶板，工作面回采至735m处位于17#支架前方煤壁揭露F8断层，随着工作面推进，从17#~1#支架方向逐渐揭露断层。工作面采用强行破岩法过F8断层。工作面揭露F8断层后工作面煤壁出现局部片帮现象，同时伴随着端面顶板破碎现象。当工作面回采至737m处位于14#~12#支架前方端面顶板出现第一次冒漏，冒漏高度为1.2m，冒漏区成半球形状，冒漏区顶板主要以煤与岩体混合层为主。顶板冒漏后工作面采用带压擦顶移架，但是由于冒漏区围岩稳定性差，支架在冒漏区出现不接顶现象，且受构造应力持续破坏作用，导致冒漏区控制效果差。当工作面回采至740m处时顶板冒漏区范围不断扩大，冒漏高度达1.7m，端面距达2.1m，煤壁最大片帮深度达2.6m。

2.3顶板冒漏机理

（1）地质构造影响。工作面揭露F8断层后，断层破坏了原煤岩层稳定结构，同时工作面回采期间构造应力及回采应力在断带处进行应力释放，造成断层两盘处岩体产生裂隙扩张破坏作用。随着断层不断揭露，应力对围岩破坏性越强，导致煤壁出现片帮，端面距加大，当工作面回采后未及时移架，断面空顶支护滞后时，顶板出现冒落。

（2）围岩稳定性差。工作面回采的I煤层属于石炭系煤层，煤层稳定性差，结构复杂易破碎。I煤层直接顶主要以泥岩与炭质泥岩混合层为主，岩体单轴抗压强度不足25MPa，且呈层状结构，工作面煤壁及顶板在应力作用下破坏了煤岩体承载结构，煤壁出现片帮，顶板出现破碎现象。随着顶板破碎区范围不断扩大，顶板出现冒漏。

（3）支护强度低。由于传统工作面主要采用液压支架对顶板进行控制维护，当工作面顶板出现冒漏后，液压支架在冒漏区出现不接顶现象，支架工作阻力降低，造成支架不能及时对冒漏区下沉、断裂以及破碎围岩进行有效支护，从而造成冒漏区范围不断扩大。

3冒漏区联合控制技术

3.1人工假顶施工

为了提高工作面冒漏区顶板稳定性，保证支架过冒漏区时支架顶梁与顶板接触严实，决定对工作面施工人工假顶。

（1）由于工作面回采740m处时顶板沿工作面倾向方向冒落长度达3.2m，沿走向冒落长度达2.1m，首先在工作面12#~14#支架前探梁0.15m处施工一根锚索吊棚，吊棚长度为3.5m，吊棚施工后距顶板间距为0.4m；第二架锚索吊棚施工在距煤壁0.15m处顶板上，两架吊棚布置间距为1.8m。

（2）两架锚索吊棚施工完后，在吊棚上方沿工作面走向方向依次铺设4根长度为2.0m工字钢横梁，横梁布置间距为1.0m，横梁与吊棚之间采用卡缆进行固定。

（3）横梁铺设完成后在后梁上方依次铺设金属网、油布以及道木，道木铺设时成井字形布置。道木铺设完成后必须保证道木与漏顶区顶板接触严实，最后采用打压钻具对两架锚索吊棚预紧。

（4）人工假顶施工完后，为了保证假顶与冒漏区围岩能够充分胶结在一起，提高围岩稳定性，同时避免人工假顶间隙处出现瓦斯积聚现象，决定对人工假顶处注入罗克休膨胀剂。

3.2注浆支护

为了控制煤壁片帮现象以及防止应力作用导致工作面前方顶板出现超前破碎现象，人工假顶施工完后对工作面煤壁及顶板进行注浆施工。

（1）注浆钻孔布置在10#~16#支架前方煤壁上，钻孔深度为6.0m，直径为45mm，钻孔开口位置距顶板间距为1.3m，钻孔仰角为30°。注浆钻孔施工完后对钻孔内安装注浆软管，并采用止浆塞进行封孔。

（2）注浆钻孔施工完后依次对钻孔进行注浆施工，注浆液采用注入罗克休膨胀剂，成本费用低。

4结语

使用人工假顶控制住采煤工作面顶板垮落，加大支护顶板的预应力，用以解决液压支架不接顶造成的预应力不足现象，用此阻止垮落范围扩大，并保持液压支架端头前顶板稳定。并且通过两侧打孔注浆胶结顶板，使得顶板连片成型，用以缓解受到断层应力的影响造成的顶板破碎，使得液压支架在推移过程中能接触到胶结顶板形成稳定支撑力。

2021年11月11日夜班开始对工作面冒漏区架设人工假顶，11月12日夜班人工假顶架设完成，11月13日早班进行注浆施工，11月13日夜班进行回采。

截至2021年11月22日工作面已回采至785m处且已完全过断层影响区。对工作面冒漏区顶板采取联合支护技术后，通过后期回采期间现场观察发现，冒漏区范围得到有效控制，后期回采过程中未出现冒漏现象，端面距控制在0.6m以下，煤壁片帮深度控制在0.7m以下，取得了良好效果。

参考文献

［1］张健.工作面过断层顶板控制技术应用[J].煤，2021（03）：86-87.

［2］赵子勋.3308Ⅱ综放工作面过断层构造带注浆加固技术应用[J].山东煤炭科技，2021（05）：70-72.

［3］黄晨光.综采面断层带注浆加固技术[J].能源与节能，2021（05）：105-106.