综采工作面过中部漏顶区支护技术应用

王星慧

（晋能控股煤业集团野川煤矿，山西 晋城 048400）

1 概述

晋能控股煤业集团野川煤矿3205 工作面位于井田边界西南部，东邻二采区胶带巷，南边、西边为井田边界保安煤柱，北边为设计3205 胶带顺槽。3205 工作面设计走向长度为906 m，倾向长度为185 m，回采煤层为3#煤层，煤层平均厚度5.8 m，局部含夹矸，夹矸厚度约0～0.02 m。煤层顶底岩性见表1。

表1 3#煤层顶底板岩性汇总表

2 工作面漏顶区及漏顶机理

2.1 工作面漏顶区

3205 工作面回采至320 m 处时，位于75#～86#支架之间顶板出现漏顶。漏顶最大高度为2.8 m，长度为18.4 m，宽度2.5～3.2 m，漏顶区呈不规则半圆状。漏顶区顶板岩体错乱布置，主要为破碎状泥岩、碎石，工作面推进受顶板冒漏影响出现煤壁片帮现象。现场观察发现，工作面回采至325 m 位于78#～83#支架前方煤壁片帮深度达2.1 m，煤壁与顶板之间夹角为76°，支架过冒漏区时顶梁出现“镂空”现象，支架工作阻力小，起不到预期支护效果，如图1。

图1 3205 工作面漏顶示意图

2.2 工作面漏顶机理

2.2.1 地质构造影响

工作面回采至317 m 和320 m 处，在工作面中部分别揭露两条正断层。断层平均落差为1.4 m，倾角为50°，两条断层随着工作面推进叠加布置。工作面煤岩体在两条断层切割作用下呈破碎状。

2.2.2 集中应力破坏

工作面正常回采时位于工作面前方30 m 范围内出现超前应力区，当工作面揭露断层后断层应力与回采应力叠加作用，对断层附近煤岩体产生剪切作用，导致煤岩体力学结构强度降低，造成煤岩体破碎、冒漏现象。

2.2.3 支架支护强度低

工作面顶板未出现冒漏时，通过支架初撑力及工作阻力对顶板进行有效支护，但是当顶板出现破碎、冒漏后，支架在冒漏区时顶梁出现不接顶现象，支架对冒漏区顶板无法完全支护，导致顶板岩体松散垮落；同时支架在断层区支护时，支架顶梁对破碎区岩体产生切顶破坏作用，增加了岩体破坏力度。

2.2.4 上覆采空区影响

根据地质资料显示，3205 工作面310～360 m 段上覆为小窑采空区，层间距为17 m。通过钻孔窥视发现，受采空区影响，层间岩体裂隙发育，岩体破坏严重，岩体承载强度降低。

3 冒顶区支护技术

为了防止工作面冒漏区范围扩大，决定对3205工作面冒顶区采取“浅深孔注浆加固+人工假顶+超前穿梁”联合支护技术[1-5]。

3.1 浅深孔注浆加固

3.1.1 注浆目的

采用浅孔注浆对冒漏区围岩进行二次重组加固，提高岩体整体抗压强度以及承载能力。同时，注浆液可对岩体表层裂隙进行填充，防止应力释放时对裂隙岩体产生剪切破坏作用；采用深孔注浆可超前对构造区岩体进行加固，形成帷幕圈，起到抗压防水作用。

3.1.2 钻孔布置参数

（1）浅孔布置参数。注浆浅孔布置在75#～86#支架顶梁前方0.5 m 处，钻孔布置间距为3.0 m，钻孔深度为3.0 m，钻孔与顶板布置夹角为70°。

（2）深孔布置参数。注浆深孔布置在78#～82#支架顶梁前方1.0 m 处，钻孔布置间距为0.8 m，钻孔深度为15 m，钻孔布置成扇形，且钻孔与顶板之间布置夹角为55°。

3.1.3 注浆材料选取

（1）注浆材料采用新型无机注浆材料，主要由50%的水泥熟料、43%的石膏以及6%的生石灰组成。其中水泥熟料中添加减水剂、缓凝剂以及增稠剂，配比为1:0.6:0.9。新型无机注浆材料最小凝固时间为45 s，凝固体抗压强度为21 MPa。

（2）新型无机注浆材料注入煤岩体裂隙后发生水化反应时与煤岩体内部的活性离子发生化学、物理以及生物反应，反应后生成的产物可对煤岩裂隙进行填充，增加了破碎煤岩体致密性，提高了煤岩体与注浆材料之间的范德华力。同时，在反应过程中分子与离子之间进行交换，提高了围岩胶结强度。

3.2 人工假顶施工

为了保证支架能够顺利通过冒顶区，冒顶区注浆后决定对75#～86#支架前方施工人工假顶。

（1）首先在75#～86#支架顶梁前方施工5 组锚索，锚索长度为6.0 m，直径为17.8 mm，锚索布置排距为3.0 m，间距为2.0 m，第一排锚索布置在前探梁前方0.3 m 处。

（2）锚索施工完后，在每组锚索下方安装一根长度为2.5 m 槽钢。槽钢平面向下，共计吊挂5根槽钢，槽钢吊挂时必须拉水平线保证安装后槽钢位于同一水平面上。

（3）槽钢安装后在相邻两根槽钢上方铺设工字钢梁，钢梁与槽钢之间采用卡缆进行固定。工字钢梁铺设完后在其以上依次铺设钢筋网、油布以及道木，道木长度为2.0 m，道木呈“口”字型布置，道木铺设后必须与冒漏区接顶，如图2。

（4）人工假顶施工后，采用注浆泵对假顶间隙填充罗克休膨胀剂。罗克休主要由树脂、催化剂等部分组成，配比为4:1。填充后膨胀时间为3～5 min，膨胀体积为30～50 倍。

3.3 超前穿梁施工

为了防止在断层区回采时出现顶板超前破碎现象，在75#～86#支架前方煤壁穿梁堵漏顶施工。

（1）首先采用手持式钻机在顶板处垂直煤壁施工穿梁钻孔，钻孔深度为3.0 m，穿梁钻孔间距为1.0 m，钻孔直径为125 mm。

（2）钻孔施工完后，对钻孔内安装工字钢梁。工字钢梁端头切割为凹型结构，并卡扣在假顶槽钢上。工作面回采时若顶板出现冒漏及时在钢梁上方铺设道木。

4 效果

（1）对冒漏区采取浅深孔注浆加固后，起到有效的防堵防漏作用，增加了冒漏区岩体间内摩擦角，控制了顶板冒漏现象。

（2）对冒漏区施工人工假顶后，解决了支架过冒漏区顶梁不接顶造成初撑力、工作阻力不足等问题。同时，施工人工假顶后可对冒漏区起到填充封堵作用，防止冒漏区煤体氧化自燃以及瓦斯积聚。

（3）对工作面施工超前穿梁后，实现了工作面煤岩体超前支护，防止了集中应力对煤岩体超前破坏，避免了工作面回采时在集中应力作用下端面破碎、煤壁片帮现象。