綜采工作面煤壁片幫機(jī)理分析及預(yù)防措施研究

劉金海

（西山煤電集團(tuán)馬蘭礦，山西 古交 030205）

1 概 述

西山煤電集團(tuán)28307工作面位于北三下組煤采區(qū)右翼，工作面運(yùn)輸順槽里程1130～1158 m東南側(cè)為28110采空區(qū)，回風(fēng)順槽938～1130 m西北側(cè)為28106采空區(qū)，工作面上部實(shí)體間隔35 m為22307、22308、22310采空區(qū)。

28307工作面設(shè)計(jì)走向長度為1400 m，傾向長度為178 m，回采煤層為石炭系太原組8#煤層，煤層平均厚度為3.5 m，煤層直接頂主要為深褐色的炭質(zhì)泥巖，裂隙發(fā)育，平均厚度為2.85 m，基本頂主要以灰白色的中細(xì)砂巖為主，平均厚度為3.5 m。

根據(jù)28307工作面水文地質(zhì)資料顯示，工作面回采至970 m處揭露一條逆斷層F11，斷層落差為1.2 m，傾角為45°，斷層貫穿整個(gè)工作面，從回風(fēng)順槽970 m處揭露，從運(yùn)輸順槽1105 m貫穿，斷層與工作面呈15°夾角。如圖1所示。當(dāng)工作面尾巷揭露斷層時(shí)，頭巷與斷層最大間距為45 m，此時(shí)受工作面構(gòu)造應(yīng)力以及兩翼及上覆巖層采動壓力影響，工作面煤壁出現(xiàn)嚴(yán)重片幫現(xiàn)象，片幫最大深度達(dá)1.5 m，片幫處頂板破碎，造成工作面回采效率低，回采速度僅為1.2 m/d。為了進(jìn)一步提高工作面回采效率，綜采一隊(duì)通過技術(shù)研究，對工作面煤壁片幫機(jī)理進(jìn)行分析，并提出有效的預(yù)防措施。

2 28307工作面煤壁片幫機(jī)理

2.1 外力作用

工作面回采至938～1158 m處時(shí)工作面兩翼分別為28106及28110采空區(qū)，上覆巖層35 m處為22307、22308、22310采空區(qū)，受采空區(qū)壓力及回采壓力影響，工作面煤體前方20 m范圍內(nèi)超前支承壓力加大，而工作面在接近F11斷層時(shí)煤體穩(wěn)定性差，抗壓能力低，煤體無法承載超前支承壓力，從而造成煤壁片幫。

2.2 液壓支架初撐力、工作阻力低

工作面在過斷層前，頂板出現(xiàn)破碎現(xiàn)象，局部地段出現(xiàn)冒頂致使支架上方處于空頂狀態(tài)，支架與頂板接觸不嚴(yán)實(shí)，從而造成支架初撐力、工作阻力降低。實(shí)測發(fā)現(xiàn)28307工作面在過斷層前，支架平均初撐力為1334.6 kN，為額定初撐力的41.7%；工作阻力為 2311.53 kN，為額定工作阻力的57.24%；當(dāng)支架初撐力及工作阻力不足時(shí)，頂板壓力與支架支撐力無法取得平衡，頂板壓力向煤壁側(cè)移動，造成工作面煤壁壓力加大，發(fā)生煤壁片幫。

2.3 工作面推進(jìn)速度慢

28307工作面在過F11斷層前平均回采進(jìn)度僅為1.2 m/d，工作面回采速度慢，停采時(shí)間長，隨著頂板的周期性垮落，頂板的下沉量增加，且停采時(shí)間越長，頂板下沉量越大，從而造成端面空頂處及煤壁上方頂板壓縮破壞嚴(yán)重，頂板對煤壁產(chǎn)生剪切破壞，當(dāng)煤壁剪應(yīng)力大于抗剪強(qiáng)度時(shí)煤壁發(fā)生片幫。

3 煤壁片幫預(yù)防措施

研究后決定對28307工作面中上部煤壁采取“聚氨酯加固技術(shù)+撞楔超前支護(hù)”等聯(lián)合預(yù)防措施。

3.1 聚氨酯加固技術(shù)

（1）采用的聚氨酯材料主要由聚醚、多異氰酸脂組成，采用藥包法對片幫煤壁進(jìn)行加固。

（2）由于28307工作面煤壁片幫高度達(dá)2.0m，所以采用手持式鉆機(jī)在工作面施工兩排聚氨酯加固孔，鉆孔排距為1.0m，間距為1.0m，鉆孔深度為2.0m，第一排鉆孔距工作面頂板距離為0.5m，兩排鉆孔成三花布置。

（3）在每個(gè)鉆孔內(nèi)依次填裝A、B兩種藥包，藥包長度為0.35 m，直徑為300 mm，A藥包內(nèi)裝入聚醚，B藥包內(nèi)裝入多異氰酸脂，每個(gè)藥包裝藥量為250 g，每個(gè)加固孔內(nèi)填裝4卷藥包，且兩種藥包相間填裝。

（4）加固孔內(nèi)藥卷填裝完成后，采用端頭為方形的錨桿插入孔內(nèi)，另一端連接鉆機(jī)，并開動鉆機(jī)進(jìn)行藥包攪拌混合，攪拌時(shí)間為30 s，攪拌到位后立即采用木塞封孔，封孔深度不得低于0.5 m。

（5）煤壁通過聚氨酯加固后，在割煤過程中，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況決定是否繼續(xù)循環(huán)加固，當(dāng)割煤時(shí)發(fā)現(xiàn)煤壁仍較松軟，工作面每推進(jìn)2.0 m必須再次進(jìn)行加固，直至煤壁穩(wěn)定為止。

3.2 撞楔超前支護(hù)加固頂板

（1）為了防止割煤過程中造成采煤機(jī)截割部損壞，28307工作面施工撞楔超前支護(hù)體采用特制加長高預(yù)應(yīng)力玻璃鋼樹脂錨桿，樹脂錨桿長度為3.5m，直徑30 mm。

（2）首先在工作面煤頂位置施工一排超前支護(hù)孔，支護(hù)孔垂直煤壁布置，孔徑為42 mm，孔深為3.0 m，孔間距為1.5 m。

（3）支護(hù)孔施工完后，在鉆孔內(nèi)依次填裝三支錨固劑及樹脂錨桿，錨固劑采用礦用快速型及超快型，即一支MSKC23/35型，兩支MSKC23/80型；采用手持式鉆機(jī)連接樹脂錨桿并轉(zhuǎn)動鉆機(jī)進(jìn)行支護(hù)體錨固，鉆機(jī)轉(zhuǎn)動時(shí)間不得低于45 s。

（4）撞楔超前支護(hù)施工完后，在割煤移架時(shí)使支架頂梁緊貼超前支護(hù)體，并進(jìn)行帶壓擦頂移架，工作面每推進(jìn)2.5 m施工一排撞楔超前支護(hù)，相鄰兩排超前支護(hù)交錯(cuò)布置，交錯(cuò)距離為1.0 m，直至工作面頂板及煤壁穩(wěn)定后停止施工。

4 應(yīng)用效果

（1）28307工作面片幫煤壁采取聚氨酯加固技術(shù)后，破碎煤體形成一個(gè)整體，有效提高了煤體抗壓強(qiáng)度，通過實(shí)驗(yàn)表明，聚氨酯加固后的煤體單軸抗壓強(qiáng)度提升至11.87 MPa，大大提高了破碎煤壁穩(wěn)定性，在后期回采過程中未發(fā)生嚴(yán)重片幫現(xiàn)象，當(dāng)工作面機(jī)頭15#～4#支架回采至距F11斷層5.0 m處片幫相對嚴(yán)重，但最大片幫深度僅為0.3m，工作面煤壁片幫現(xiàn)象得到了有效控制。

（2）28307工作面頂板施工撞楔超前支護(hù)后，提高了液壓支架初撐力及工作阻力，現(xiàn)場數(shù)據(jù)收集顯示，撞楔支護(hù)施工完后有效控制頂板破碎現(xiàn)象，工作面移架時(shí)緊貼超前支護(hù)體，未發(fā)生支架傾倒、頂梁插入破碎頂板等現(xiàn)象，支架初撐力提高至2848.4 kN，為額定值的89%，工作阻力提高至3634.5 kN，為額定值的90%，而且加快了工作面移架、割煤速度，平均回采量達(dá)5.8 m/d。