李 琛

（晋能控股煤业集团雁崖煤业大同有限公司，山西 大同 037031）

1 8307工作面概述

晋能控股煤业集团雁崖煤业大同有限公司8307工作面位于三盘区西翼，工作面东部、南部、西部为实煤区，北部为盘区西翼回风巷、皮带巷、辅运巷。

8307 工作面走向长度为1 028 m，倾向长度为228 m，回采煤层为山西组4 号煤层，层属复杂结构煤层，总厚度为2.0～3.60 m，平均厚度为2.80 m，利用厚度为1.80～3.30 m，煤层中普遍含有1 层夹石，局部含有2 层夹石，煤层顶底板岩性如表1 所示。

表1 山西组4 号煤层顶底板岩性

8307 工作面采用综合机械化回采工艺，工作面回采至840 m 处位于机尾处揭露一条正断层，断层落差为1.8 m，断层对工作面影响长度为58 m，断层侵入煤层后造成工作面煤岩体出现应力显现现象，主要表现在以下几方面：

1）端面顶板破碎严重，端面距达1.7 m，端面顶板破碎后支架在破碎区内初撑力及工作阻力出现不足现象，支架支护效果差，顶板上方出现局部镂空现象；

2）工作面煤壁片帮严重，最大片帮深度为2.4 m，连续片帮最大长度为16 m。

2 工作面围岩联合支护技术

为了保证工作面后期安全快速过断层区，防止顶板垮落及煤壁片帮现象，决定对断层区围岩采取“煤壁注浆加固+超前管棚+铺设柔性纤维网”联合支护技术[1-2]。

2.1 煤壁注浆加固

通过对断层区煤岩体采集发现，受断层应力影响断层区围岩成破碎状，煤岩体单轴抗压强度不足20 MPa，岩体无规则成型状态，起不到有效的围岩承载作用，所以决定对破碎围岩区采取注浆加固。

2.1.1 注浆加固原理

对破碎煤岩体施工钻孔，然后对钻孔内高压注入注浆材料，注浆材料具有较强的流动性、黏接性，注浆材料在高压作用下渗透至破碎岩体间裂隙区，并凝固，注浆材料凝固体具有较强的韧性和黏接强度，可对裂隙带进行填充并将破碎岩体二次重组，提高破碎岩体整体抗压强度。

2.1.2 注浆材料选取

目前煤矿注浆材料主要分为有机注浆材料和无机化学材料，如水泥砂浆、聚氨酯、雷特因、马丽散等；水泥砂浆取材方便、成本费用低，但是水泥砂浆作用注浆材料时对砂浆成份及粗细度要求高，而且水泥砂浆流动性差，凝固时间长，不利于大面积注浆施工；马丽散以及雷特因注浆材料为复合材料，有多种成份配比混合而成，注浆后在凝固过程中会产生大量热量，对于煤体深部注浆时放入过程中很容易造成煤体自燃，所以通过研究决定采用聚氨酯作为注浆材料，该材料具有流动性好、黏胶能力强、凝固时间短等优点。

2.1.3 注浆工序

1）为了不影响工作面正常回采，注浆施工安排在检修班进行，首先采用手持式钻机在8307 工作面断层区煤壁施工注浆钻工，即在87～125 号之间前方煤壁，钻孔布置在距顶板1.5 m 处，钻孔深度为8.0 m，钻孔直径为42 mm，钻孔与顶板仰角为45°，钻孔布置间距为3.0 m。

2）注浆钻孔施工完后对钻孔内安装注浆软管，注浆软管与混合枪连接，待所有注浆设备安装到位后开启注浆泵进行注浆施工，注浆压力为3.5 MPa。

3）注浆完成3 h 后对注浆区施工校验孔检测注浆效果，校验孔施工在相邻两个注浆孔之间，校验孔深度为5.0 m、直径75 mm、仰角为45°，校验孔施工过程中观察孔内注浆情况，若校验孔施工完后孔壁成效好且无塌孔现象，确定注浆达标，否则补孔重新注浆。

2.2 超前管棚支护

通过现场观察发现，由于受断层应力工作面煤柱支撑强度降低，煤柱内产生裂隙带破坏了煤柱力学结构，导致煤柱出现垮落，同时应力传递作用煤柱前方出现应力超前破坏区，围岩出现超前破坏，工作面回采时支架无法超前进行支护，导致顶板随煤柱垮落破碎，这也是导致断层区围岩出现破碎的重要原因之一，所以决定对断层区顶板施工超前管棚支护。

2.2.1 支护原理

对工作面设计顶板垂直施工钢针、管棚等支护，支护体在煤体内形成梁效应支护作用，可对煤岩体进行超前支护，控制构造应力对煤体超前破坏作用，从而保证工作面在回采时降低煤柱片帮、顶板破碎机率，保证工作面安全回采。

2.2.2 支护结构

初步设计中超前支护体采用玻璃钢锚杆、钢锚杆以及中空圆钢，玻璃钢锚杆韧性强，对工作面后期回采影响小，但是玻璃钢锚杆强度低，在应力作用下很容易变形；钢锚杆虽然强度高但是钢锚杆为实心，顶板应力在支护孔内无法进行卸压；所以决定采用中空钢管，钢管直径为35 mm、长度为3.5 m，钢管中部孔直径为15 mm，钢管两侧布置一排均匀的卸压孔，孔直径为5 mm、孔间距为0.5 m，在支护过程中围岩应力沿卸压孔进入支护孔内进行卸压作用。

2.2.3 支护工序

1）工作面在揭露断层后及时将工作面煤矸清理干净，并将支架移架到位，然后采用钻机在工作面设计顶板处（87～125 号之间前方）施工一排超前支护钻孔，如图1 所示。

图1 8307 工作面端面破碎顶板联合支护平面示意图（单位：mm）

2）支护孔布置间距为1.0 m，钻孔垂直煤壁布置，钻孔深度为3.0 m，钻孔施工完后对钻孔内填装锚固剂，然后锚固支护体，支护体支护后外露长度为0.5 m，支护完成后工作面方可继续回采。

2.3 柔性纤维网支护

工作面端面顶板破碎后若采用传统钢筋网进行支护时，钢筋网在大应力作用下很容易变形，而且采煤机在后期回采时对采煤机磨损严重；所以决定对工作面端面破碎顶板上铺设柔性纤维网[3-5]。

2.3.1 柔性纤维网规格

8307 工作面端面破碎顶板铺设的聚酯纤维柔性网型号为JDPET600×600MS，每卷纤维网长度为60 m、宽度为20 m，纤维网采用宽度为50 mm 纤维条交错编制而成，纤维网网格为矩形网格，规格为0.4 m×0.3 m，在单向拉力作用下纤维网横向最大抗拉强度为580 kN/m，纵向最大抗拉强度为400 kN/m。

2.3.2 施工工艺

1）在工作面回采过程中当端面顶板破碎严重时，对顶板破碎柔性纤维网，铺设时先在85 号、105 号、125 号支架顶梁前方0.3 m 处各施工一个锚杆，锚杆下方安装一个固定装置。

2）将纤维网长边采用一根长度为80 m、直径为10 mm 钢丝绳穿拉，将钢丝绳分别固定在85 号、105号、125 号支架前方锚杆的固定装置上。

3）在铺设纤维网时采用玻璃钢锚杆将其固定在顶板上，玻璃钢锚杆施工排距为1.0 m，布置间距为3.0 m，玻璃钢锚杆长度为2.0 m、直径为22 mm，锚杆外露端安装直径为150 mm 玻璃钢托盘。

3 结语

8307 工作面于2020 年4 月15 日揭露断层，于5月5 日完全过断层影响区，通过对断层区围岩采取注浆加固、施工管棚支护以及铺设聚氨酯纤维网后，工作面在后期回采过程中，未出现大面积煤壁片帮、顶板垮落破碎现象。

通过现场观察发现采取联合支护技术后，在后期回采过程中工作面端面距控制在0.5 m 以下，煤壁最大片帮深度控制在0.8 m 以下，支架在过断层区时初撑力、工作阻力达到90%以上。