综采工作面过断层围岩支护技术应用

张雁宙

（晋能控股煤业集团地煤公司益晟煤业公司，山西 大同 037000）

1 益晟煤业公司8305 工作面概述

晋能控股煤业集团地煤公司益晟煤业公司8305 工作面位于303 盘区的南部，西部为303 盘区首采工作面，现已采空，两工作面之间留设20 m 煤墙，东部和南部为实体煤，北部为303 盘区集中巷。该工作面上覆11-3 号层和7 号层为采空区，有火层岩在2305 运输巷右帮穿过。

8305 工作面走向长度为300 m，倾向长度为120 m，工作面回采煤层为侏罗纪大同组13-2#层煤，煤层平均厚度为2.0 m，平均倾角为4°，8305 工作面采用综合机械化回采工艺，截至2021 年2 月18 日，8305 工作面已回采160 m。

8305 工作面回采至158 m 处位于工作面12 号-37 号支架处揭露一条F6 断层，断层落差为1.9 m，倾角为47°，受断层影响，工作面回采至154 m 处时工作面出现局部煤壁片帮现象，当工作面揭露断层时位于12 号-37 号支架前方端面距达1.7 m，煤壁出现大面积片帮现象，片帮长度为16 m，最大片帮深度为1.3 m，端面顶板破碎严重。

2 顶板破碎机理

1）围岩稳定性差。8305 工作面回采的13-2#层煤直接顶主要以炭质泥岩及砂岩混合岩层为主，岩层结构复杂，岩层抗压强度相对较低，通过单轴抗压实验发现，工作面顶板岩体岩石普氏系数f＜2.0，岩体在应力作用下出现断裂、破碎现象，从而导致顶板承载能力降低。

2）煤壁片帮严重。由于工作面回采的13-2#层煤结构复杂，稳定性差，工作面在回采过程中受回采应力、构造应力等影响，工作面煤壁出现破碎、片帮现象，导致工作面端面距加大，端面顶板失稳现象。

3）应力破坏作用。F6 断层破坏了工作面煤岩体连续稳定性，构造应力在断层带处产生卸压破坏作用，导致断层两盘煤岩体产生高密度裂隙带，且随着工作面推进，裂隙带向工作面顶板延伸，从而导致顶板破碎严重。

4）支护强度低。由于工作面顶板破碎严重，液压支架在破碎顶板处支护强度低，无法对上覆不稳定岩体进行有效支护，导致顶板在重力作用下下沉、离层等，降低了顶板稳定性[1-2]。

3 工作面破碎顶板联合支护技术

为了保证工作面安全快速过断层应力区，工作面回采至160 m 处时对工作面煤壁及顶板采取“梯形梁棚+注浆”联合支护技术。

3.1 梯形梁棚支护技术

1）支护作用：通过对端面顶板施工梯形梁棚支护，一方面提高端面顶板整体稳定性，控制顶板垮落破碎现象，另一方面对端面顶板施工梁棚支护后，保证后期工作面移架时，支架具有足够的工作阻力，保证液压支架支护效果。

2）支护结构：8305 工作面端面顶板施工的梯形梁棚支护主要由锚索、梯形梁棚组成，每架梁棚支护配套两根长度为4.5 m，直径为17.8 mm 锚索；梯形梁由5 根长度为3.5 m，直径为20 mm 圆钢焊接而成，梯形梁长度为3.5 m，宽度为0.5 m，在梯形梁上焊制两个长度及宽度为0.3 m 钢板，钢板上焊制一个直径为25 mm 锚索支护孔，钢板间距为2.5 m。

3）支护工序：首先在12 号—37 号支架前方端面破碎顶板施工一组锚索钻孔，钻孔间距为2.5 m，钻孔深度为4.5 m，钻孔施工完后对钻孔内锚注锚索，锚索外露长度控制在0.3 m 范围内；锚索施工完后在锚索外露端安装一架梯形梁，并采用锁具进行预紧，梯形梁棚支护间距为1.5m，排距为1.0m，如下页图1 所示。

图1 8305 工作面断层破碎区围岩联合支护断面示意图

3.2 注浆支护

1）为了控制煤壁片帮现象，提高煤岩体胶结稳定性，防止应力作用导致工作面围岩超前破坏，决定对工作面煤壁及顶板采取超前深孔注浆施工。

2）深孔注浆孔布置在工作面煤壁上，距顶板间距为1.2 m，钻孔深度为7.0 m，钻孔直径为42 mm，钻孔间距为3.0 m，钻孔以30°仰角布置。

3）注浆钻孔施工完后对钻孔内埋入一根直径为20 mm 注浆软管，并在钻孔孔口处安装一个长度为0.5 m 封孔器，注浆软管与专用注浆泵连接，然后进行注浆施工，注浆采用聚氨酯黏接剂，该注浆材料与传统水泥砂浆相比，具有浆液渗透能力强、黏接效果好等优点。

4）注浆施工时注浆压力控制在2.0 MPa 范围内，单孔注浆量为25 kg，注浆施工期间当煤体出现浆液渗透时立即停止注浆[3-5]。

4 实际应用效果分析

8305 工作面回采至158 m 处时对工作面煤壁及顶板采取联合支护技术，截止2021 年2 月27 日工作面已回采至204 m，且工作面已完全过F6 断层影响带，通过对工作面破碎围岩采取联合支护技术后，工作面在后期回采过程中顶板及煤壁破碎现象得到了有效控制，通过现场观察发现顶板端面距控制在0.5 m 以下，煤壁最大片帮长度为2.4 m，最大片帮深度为0.7 m，液压支架在过应力区时初撑力及工作阻力提高1.2 倍。

5 结语

晋能控股煤业集团地煤公司益晟煤业公司综采队对8305 工作面过断层期间围岩破碎原因进行合理分析，并及时采取合理有效的控制措施，通过实际应用效果来看，联合控制措施提高了断层区围岩稳定性，控制煤壁片帮及顶板破碎现象，满足工作面安全高效回采要求，具有显著应用成效。