王西锋
中煤新集能源股份有限公司新集二矿 232100
摘要：复合顶板普遍是由下软上硬岩层构成，岩层间夹有煤线或薄层软弱岩层，采场回采期间顶板极易发生漏冒，采场倾角较大时这种现象更为明显。本文以新集二矿211112工作面为研究对象，工作面初采期间受断层影响，上部为复合顶板。针对大倾角复合顶板这一特点，工作面初采期间采取了针对性措施，取得了较好的效果，保证了工作面安全回采。
关键词：复合顶板；大倾角；断层：漏冒
Study on controlling technology of initial mining of fault surrounding rock in large dip angle composite roof working face
Abstract: composite roof is generally composed of lower soft and upper hard rock layers, between which are sandwiched coal lines or thin layers of soft rock layers. Roof leakage is very easy to occur during stope stoping, and this phenomenon is more obvious when the stope Angle is large.In this paper, the 211112 working face of xinji no.2 mine is taken as the research object. The working face is affected by faults during the initial mining period, and the upper part is a composite roof.In view of the feature of composite roof with large inclination Angle, some measures were taken during the initial mining of the working face, and good results were obtained to ensure the safe mining of the working face.
Key words: composite roof;Large Angle;Fault: leakage
0 前言
中煤新集能源股份有限公司新集二矿采用立井、主石门、多水平、集中运输大巷开拓方式，共布置三个水平：一水平标高为-550m，二水平标高为-750m，-750m以下为三水平，辅助水平为-450m和-650m。目前矿井一水平已停采，采掘活动集中在-750m二水平。主要可采煤层6层：13-1、11-2、8、6-1、1上和1煤层,主采煤层以较稳定型为主，稳定次之。随着矿井开采深度的增加以及地质构造条件的日益复杂，矿井维持“二综”生产格局，一主采一配采，1上煤为主采线，1煤、6煤、8煤、9煤和11煤为配采线。
在我国很多矿区都存在复合型顶板，在复合型顶板条件下的冒顶事故多无矿压显现，防范难度大。工作面在复合型顶板条件下掘进时普遍采用超前锚杆超前护顶，然后锚网索梁进行永久支护，而且根据顶板条件变化动态调整支护参；对于顶板条件较差的工作面掘进时通常采用超前锚杆配合架棚进行支护。 复合顶板条件下采煤工作面通过提高支架初撑力及采煤机割煤后及时移架、使用前探梁和护帮板等措施管控顶板；在工作面端头及两巷超前支段是工作面应力集中区域，通常采用增设单体托棚或采用密集点柱管控顶板。
在新集二矿，上覆为复合型顶板的煤层主要是1煤和11煤，其中1煤顶板上覆1层砂质泥岩厚约1m和1上煤厚约4m。11煤顶板构成东西翼差异比较大，在西翼，11煤顶板为巨厚砂岩，顶板坚硬；在中央采区11煤顶板普遍发育一层煤线和夹矸，形成复合顶板。在复合型顶板条件下掘进和采煤时，不仅支护强度大大提高，而且单产单进均较低，若顶板管控不到位，不仅存在顶板风险同时伴随瓦斯风险。复合型顶板的存在不仅降低了矿井的经济效益同时增加了施工期间安全风险系数。
1 工程概况
1.1工程条件
211112工作面位于新集二矿二水平中央采区东翼，工作面回采上限标高：-586.3m，下限标高：-706.3m。211112工作面西起-735m皮带石门及-620m运煤石门联巷，东至采区主要巷道保护煤柱线，南距211110采空区（2014年9月采毕）7.2～32.8m，北至11-2煤-705m底板等高线附近，北部为11-2煤未动用区。上距13-1煤层56.1～95.3m，平均72.5m；下距11-1煤10.6～43.3m，平均28.0m。
211112工作面西起-735m皮带石门及-620m运煤石门联巷，东至采区主要巷道保护煤柱线，南距211110采空区（2014年9月采毕）7.2～32.8m，北至11-2煤-705m底板等高线附近，北部为11-2煤未动用区。上距13-1煤层56.1～95.3m，平均72.5m；下距11-1煤10.6～43.3m，平均28.0m。
211112工作面风巷可采长度950m，机巷可采长度940m，工作面倾斜长139m，可采斜面积131447.8m2。
1.2地质条件
11-2煤：黑色，粉末状，碎块状，以暗煤为主，亮煤次之，裂隙比较发育，油脂光泽，底部光泽比较暗淡，属半暗型煤，普遍发育一到二层夹矸，夹矸为泥岩，煤层结构复杂，第一层夹矸在工作面东南翼厚度较大，最大厚度达到4.5m。11-2煤厚0（0）0（0）0.8～1.7（4.5）2.0（0.5）2.2m，平均1.0（0.9）1.5（0.4）1.2m。煤厚变异系数16.96%，煤层可采性指数1，属稳定煤层。
直接顶：砂质泥岩或粉砂岩，厚0.7～6.8m，平均3.65m，灰至深灰色,砂泥质结构,局部夹粉砂岩薄层,具平行层理，夹有大量植物化石碎片。从05线开始向东，由于煤层分岔造成直接顶中部分地段夹薄煤层或煤线，向东薄煤层或煤线距11-2煤层距离越来越大；抗压强度34.70～57.80MPa，抗拉强度1.56～3.24Mpa。裂隙丰富，易冒落。
伪顶:一般不发育，局部发育一层泥岩伪顶。
直接底：泥岩、砂质泥岩或粉砂岩，泥岩厚0～5.9m，平均0.5m，深灰色～灰黑色，泥质结构，块状构造，偶可见植物化石，抗压强度17.86～81.60MPa，抗拉强度1.04～3.48MPa。砂质泥岩或粉砂岩厚0～3.3m，平均1.1m，灰至深灰色,砂泥质结构,局部夹粉砂岩薄层,具平行层理。抗压强度21.80～109.9MPa，抗拉强度1.04～4.05MPa。底板易产生底鼓
根据邻近工作面及211112工作面掘进期间实际揭露地质资料及本工作面物探资料分析：211112工作面内煤（岩）层总体为倾向NNE的单斜构造，倾向一般为N5～22°E，煤层倾角在24～45°之间，局部受构造影响倾角大于45°，平均33°。211112工作面内地质构造情况较复杂，小褶曲及断层等构造发育，受构造影响煤（岩）层产状及厚度局部变化较大。预计工作面回采0m、570m、598m、848m、922m左右将分别揭露F211112Q-1、F211112j-4、F211112j-3、F1111-1、F1111-1-1正断层。
工作面内地质构造复杂，断层、褶曲、裂隙等地质构造较发育，工作面回采遇构造时煤（岩）层产状及厚度变化较大，顶板较破碎，还可能出现倾角陡增、片冒及瓦斯异常涌出等现象；且工作面范围内11-2煤层顶板为泥岩、砂质泥岩，受采动影响，煤（岩）层的完整性和稳定性都比较差，易片冒。工作面回采范围内11-2煤整体为三层煤两层夹矸结构，工作面东南翼11-2煤第一层夹矸增厚，最大厚度达到4.5m。工作面倾角较大，煤层倾角在24～45°之间，局部受构造影响倾角大于45°，平均33°，回采时需做好支架防倒、防滑，采煤机电缆夹防下滑，工作面防窜矸、飞矸伤人等工作。根据地温梯度计算，工作面预计最高温度为39°C左右，属一级高温区。当回采区域空气温度达到30℃后，工作面必须采取制冷机降温措施来降低作业环境的温度。工作面遇断层等构造时，可能出现丢煤破矸回采现象，回采时要合理调整工作面回采层位，尽量多采煤层，减少工作面破矸量，保证工作面煤质稳定。
1.3工作面瓦斯情况
工作面相对瓦斯涌出量为6.88 m3/t。按日产量4000t预计工作面回采期间绝对瓦斯涌出量为19.11m3/min。2矿井-760m以浅，04#地勘线以东约190m范围内11-2煤鉴定为非突出煤层。211112工作面处于鉴定范围内，工作面所采11-2煤为非突出煤层。
1.4 工作面及两巷支护支护情况
211112工作面内安装97台支撑掩护式支架，支架规格：ZZ7600-18/38，支架工作阻力7600Kn。211112机巷采用锚网索支护，局部顶板破碎区域采用锚索吊梁加强支护；211112风巷掘进期间托顶煤施工，采用架29U型棚支护，顶板为一层300mm左右煤线；两巷超前压力影响范围内均采用单体配合一字铰接梁加强支护，加强支护距离不小于25m。
1.5 工作面采高确定
根据211112工作面风巷、机巷及切眼实际揭露地质资料分析：211112工作面11-2煤普遍发育一到二层夹矸，夹矸为泥岩，煤层结构复杂，第一层夹矸在工作面东南翼厚度较大，最大厚度达到4.5m。11-2煤厚0（0）0（0）0.8～1.7（4.5）2.0（0.5）2.2m，平均1.0（0.9）1.5（0.4）1.2m。煤厚变异系数16.96%，煤层可采性指数1，属稳定煤层。同时根据本工作面支架及采煤机选型，及现场回采条件，确定回采期间平均采高定为3.6m。工作面回采期间尽量保证跟顶回采，但最大采高不大于3.8m，最低采高不小于2.0m。为确保工作面回采期间采煤机正常过机以及支架的稳定性，回采期间工作面采高范围控制在2.0～3.6m，相应的液压支架活柱行程范围为0.2～1.8m。11-2煤煤层厚度大于3.8m时，跟顶、丢底进行回采；煤层变薄时跟顶破底回采；工作面初次来压、煤层松软破碎，受断层、褶曲构造影响托顶煤回采地点，要降低采高至3.0m以下。
2 211112工作面初采条件
2.1 工作面设备配置情况
211112工作面配备一台MG500/1170-WD型采煤机，一台SGZ-800/1400型运输机，在机巷配备一台SGZ-1000/315型转载机和一台PCM-200型破碎机，转载机后接3PK型自移机尾和DSJ-1000/125×2型皮带机。
工作面采用远距离供液，泵站设置2台乳化泵、2台乳化液水箱，2台喷雾泵、1台水箱。泵站工作压力不小于30MPa，喷雾泵工作压力4～6MPa。
2.2 断层赋存情况
1. 211112切眼掘进期间在距切眼上口45m位置揭露F211112Q-1断层。 F211112Q-1断层为正断层，走向261°，倾向351°，断层倾角89°，落差2.6m,影响工作面回采长度109.3m。
2.该断层沿工作面走向发育，影响工作面回采距离较长；工作面上下部顶板在断层面处发生较大变化，自断层面向下，工作面顶板为11-2煤顶板，顶板完整；工作面自断层面向上，211112工作面回采层位在第二层夹矸以下，工作面顶板上覆两层夹矸厚约2m，一层煤和一层煤线厚约1.5m，工作面该段顶板为复合顶板。工作面回采期间上部顶板极易垮落，且在采煤机割煤及拉架期间架间及架头存在漏冒风险和瓦斯风险。
3. 211112切眼为锚网索所支护，工作面初采时，初次放顶前，切眼顶板不能及时垮落，工作面拉移支架后，因工作面倾角较大，工作面上部顶板垮落的矸石全部滚落至工作面下部，导致工作面上部架后。工作面断层面向上顶板在支架拉过程中极易垮落，在架间及架头出现漏冒，导致上部支架架顶空，导致工作面上部支架无着力点，支架稳定性差，回采期间支架推移不动，工作面上部出现大面积倒架，咬架现象。
4.受构造应力影响，在 F211112Q-1断层面附近，煤岩破碎。工作面回采后，在断层面附近，煤壁极易发生片帮，工作面顶板超前漏冒，增加工作面顶板管理难度。
2-3 过断层施工方案
工作面初采后，在断层下盘（工作面下部），工作面跟11-2煤顶板正常向前回采；在断层上盘（工作面上部），工作面按一定坡度挑顶，尽快跟上11-2煤顶板。随着工作面不断向前推进，工作面复合型顶板影响范围逐渐减少。
3 工作面初采期间顶板管理措施
3-1 断层面附近煤壁超前片帮防治措施
针对在断层面附近煤壁超前片帮，回采期间采取超前向煤壁注加固材料的措施。在断层面上方和下方分别布置注液孔，回采前进行注液。注加固材料后，有效控制了在断层面附近煤壁片帮，避免了断层面附近顶板超前漏冒。
3-2 断层面上部顶板漏冒防治措施
针对断层面上部顶板为复合顶板，回采前自断层面向上，采取铺设强度规格为JD-PE200*200MS的高强聚酯纤维网（简称柔性网）。铺设柔性网后，工作面拉移支架时，顶板垮落的矸石仍然堆积在架顶，不会从架间和架头漏冒，拉移支架后，支架升劲可以接顶严实，避免工作面支架接顶不实甚至倒架情况发生。
3-3 工作面初次放顶期间顶板管理措施
1. 根据同煤层，临近工作面初次来压及周期来压规律，预计211112工作面初次来压步距为30m左右。针对211112工作面倾角大，且工作面上部为复合顶板，为有效防止工作面初采期间，工作面上部支架架后充填不实，同时为防止工作面大面积来压对工作面的影响，工作面初采期间采取工作面下部调采方式，使工作面下部先初次放顶。同时下部顶板垮落后，工作面下部支架架后充填严实，工作面上部垮落的矸石直接充填在上部支架架后，有效避免上部支架架后充填不实，保证了回采期间上部支架的稳定性。
2. 211112工作面初采后，风巷推进8m、机巷推进18m（不含切眼），工作面下半部初采来压，根据现场矿压实测数据，机巷1#帮部位移监测点回采期间累计移近量达390mm，且初次来压当日，日移近量达120mm。工作面中、上部液压支架初撑力低，中、上部液压支架工作阻力增阻不明显。该措施有效避免了工作面初次来压期间，工作面大面积来压，减缓了周期来压期间对工作面上部的影响，给工作面上部顶板及煤壁管理创造了条件，赢得了时间。
3-4 安全管控取得的成果
3-4-1 安全效果
1. 211112工作面已安全回采376m,工作面周期来压23次，来压期间工作面顶板得到有效控制，未发生漏顶事故。
2.目前工作面已顺利过完F211112Q-1断层，工作面93#架向下至机头位置已全部跟上11煤正常顶板，工作面支架状态良好，过断层期间未发生煤壁片帮及顶板漏冒事故。
3. 工作面93#、94#架、95#顶板仍为复合顶板，继续采取铺网措施管控顶板，
3-4-2 经济效果
211112工作面的顺利回采，保证了矿井产量，实现矿井稳产。
4 结语
1.大倾角复合型顶板工作面回采期间顶板管理难度较大，尤其在地质构造附近。工作面回采前应认真分析工作面地质条件并结合工作面回采工艺，采取针对性措施，才能在工作面回采期间有效控制顶板，保证安全回采。
2. 211112工作面初采期间采取以下几项措施
（1）机巷调采措施改变了工作面上覆顶板应力分布，减缓了初次来压对工作面的影响，在工作面初次来压期间工作面下部支架增阻明显，机巷巷帮测点位移量明显增大；工作面上部支架增阻不明显。
（2）在构造带附近向煤壁注加固材料措施有效防止煤壁片帮间接控制工作面顶板。
（3）工作面铺网措施有效防止顶板漏冒，改善了工作面支架的支撑状态，保证了支架初撑力。
3. 经211112工作面现场生产实践，验证了以上几种措施在该种条件下具有较好的效果，在以后的生产中类似条件下具有推广应用的价值。
参考文献
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第一作者：王西锋，工程师，本科，中煤新集能源股份有限公司新集二矿技术主管，主要从事现场技术管理工作。