温伟翔

（潞安古城煤矿建设管理处，山西 长治 047105）

1 概况

潞安古城煤矿N1305 工作面位于井田东翼，北部为N1305 工作面，东部为实体煤，南部为N1305工作面，西部为东翼大巷。

N1305 工作面设计走向长度为1339m，倾向长度为187m。工作面回采煤层为石炭系3#煤层，平均厚度为6.32m，平均倾角为3°，煤层中含泥岩、炭质泥岩夹矸0～2 层。3#煤层无伪顶，直接顶主要以泥岩为主，平均厚度为3.44m，基本顶主要以砂质泥岩、粉砂岩混合岩层为主，平均厚度为11.5m，基本底主要以细粉砂岩为主，平均厚度为5.78m。工作面采用低位放顶煤回采工艺，机械采煤高度为3.5m，放煤高度为2.82m。

N1305 工作面回采至515m 处，位于42#～53#支架之间顶板出现破碎现象，顶板稳定性差，导致支架出现工作阻力不足现象，工作面推进速度不足3.8m/d。

2 工作面顶板破碎机理

（1）断层破坏煤体。根据工作面钻孔资料显示，N1305 工作面524m 处有一条F6 正断层。断层从40#支架向尾方向依次揭露，断层落差为1.2m，倾角为54°。受断层影响工作面煤体稳定性遭到破坏，导致断层上下盘处煤体胶结稳定性差，呈破碎状态。

（2）煤体稳定性差。N1305 工作面回采的3#煤层稳定性相对较差，煤体普氏系数f=1.5m，硬度低。受采动以及构造应力影响顶煤破坏严重，无法形成完整、稳定的承载梁，导致工作面过断层破碎带期间，顶煤出现断裂、破碎现象。

（3）回采速度快。N1305 工作面回采速度快，平均9.8m/d，造成工作面采空区垮落不及时，集中应力不能快速前移，造成支架顶梁上方出现短暂应力集中区，顶煤应力破坏严重，出现破碎现象。

3 安全回采技术措施

3.1 注浆加固技术

（1）注浆加固技术原理。工作面在回采过程中破坏了煤岩体物理力学性质，导致煤岩体破碎。通过对破碎煤岩体高压注入粘接材料，对煤岩体裂隙带、碎块进行粘接、封堵，从而提高破碎煤岩体稳定性，降低应力对其破坏作用。

（2）注浆材料。通过对破碎区域施工窥视孔观察发现，应力区顶板局部区域相对破碎，所以仅采用化学材料加固效果相对较差，决定采用快速水泥及聚氨酯联合注浆。注浆水泥采用PI62.5 型号的水泥，水泥砂浆配比为水泥∶细沙∶速凝剂为1:1:0.5。

（3）注浆设备。采用ZKSJ200 砂浆注浆机以及SMFB1.2/45 型气动注浆泵进行联合注浆施工。

（4）注浆工艺。① 采用浅、深孔联合注浆施工工艺。浅孔主要是对工作面端面顶板进行快速加固，深孔主要是对工作超前应力区顶板进行超前加固。② 浅孔施工在端面破碎顶板处，浅孔深度为3.0m，钻孔直径为40mm，钻孔与顶板夹角为60°，钻孔间距为3.0m，排距为4.0m，如图1 所示。③ 深孔施工在工作面煤壁处，距顶板间距为1.0m，钻孔直径为50mm，深度为6.0m，钻孔与顶板夹角为45°，钻孔间距为3.0m，排距为5.0m。④ 钻孔施工完后分别采用砂浆泵及气动注浆泵对钻孔依次注入水泥砂浆及聚氨酯粘合剂。水泥砂浆注浆压力为3.0MPa，聚氨酯注浆压力为1.2MPa。

图1 N1305 工作面顶板破碎区注浆钻孔布置示意图

3.2 安全管理措施

（1）为了防止采煤机一次性割煤时出现顶板局部垮落，在过应力破碎区决定采用分层松动爆破施工工艺。先进行下分层爆破，再进行上分层爆破，每次爆破长度为10m，爆破后及时超前移架支护顶板。

（2）工作面破碎顶板采取注浆加固2～3h 后再继续回采，在过应力破碎区时应降低回采深度，回采深度控制在0.5m 范围内，采用分段移架工艺，缩短破碎顶板暴露时间。

（3）工作面过破碎区期间，为了防止液压支架顶梁与注浆加固顶板产生剪切破坏，在破碎区域支架可采用搭梁法进行移架，每两架支架顶梁上铺设5 根长度为3.5m 工字钢梁，钢梁间距为1.5m。

（4）工作面在过破碎区域期间，若煤壁片帮严重或端面顶板下沉严重，可在破碎区域顶板施工超前锚杆或钢针支护，移架时支架紧贴超前支护体带压擦顶移架，防止集中应力对工作面顶板超前破坏作用。

（5）每个循环回采结束后，应及时调整工作面伪斜，保证工作面“三直两平”，严禁顶板有坡度变化、底板留底煤。回采期间若出现煤壁片帮时，必须补打玻璃钢锚杆进行煤壁临时维护。

（6）工作面在回采过程中，若出现局部冒落现象时，应施工人工假顶进行维护，防止冒落顶板范围进一步扩大。

4 效果

截至2019 年6 月25 日，N1305 工作面已回采至570m，完全通过了应力破碎区，过破碎区总长度为55m。通过对应力破碎区采取注浆加固技术后，破碎区煤岩体稳定性得到了有效提升，煤岩体单向抗压强度由13MPa 提高至48MPa，工作面端面顶板能够形成相对稳定的承载梁，防止了顶板破碎、煤壁片帮现象。在过破碎区期间，工作面最大端面距控制在0.4m 以下，顶板未出现严重破碎现象。工作面回采至524m 处时由于受断层影响，在47#支架前方出现冒落区域，冒落高度为1.3m，但采取施工人工假顶、超前支护等安全管理技术措施后，冒落现象得到控制。工作面过破碎区平均回采速度为6.2m/d，取得了较好成效。