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许 起
（长春兴煤业有限公司，山西 大同 037101）
综放工作面在回采过程中受回采应力、构造应力等多重应力作用，导致端面顶板出现破碎、裂隙自己煤壁大面积片帮现象，而综采工作面主要采用液压支架进行顶板控制维护，当顶板出现裂隙松动圈时，液压支架对裂隙顶板支护很容易造成顶板二次破坏作用，导致顶板破碎加剧、顶板冒漏等，液压支架在破碎、冒漏区顶板支护使支架易出现倒架、陷架现象；
本文以长春兴煤矿601工作面为研究对象，对工作面过断层期间端面破碎煤顶提出了合理有效的联合控制技术，力求保证综放工作面安全快速回采。
1.1 工作面简介
长春兴煤业有限公司601工作面位于井田南盘区，工作面设计走向长度为1680m，倾向长度为230m，工作面回采煤层为22#层平均厚度为9.5m，平均倾角为2°，601工作面采用综合机械化放顶煤回采工艺。
工作面回采至450m处位于工作面14#～48#支架前方煤壁揭露一条F5断层，断层落差为1.9m，倾角为45°，断层对工作面回采影响较大，当工作面揭露断层后受断层应力影响，工作面顶板出现破碎、断裂现象，且伴随着煤壁片帮现象，煤壁最大片帮长度为6.7m，片帮深度达2.4m，严重威胁着工作面安全回采。
1.2 顶板破碎机理
通过现场观察发现，601工作面出现端面破碎、煤壁片帮现象，主要由以下几方面原因：
（1）顶煤稳定性差：601工作面回采煤层为22#层，煤层厚度为9.5m，工作面采用放顶煤回采工艺，预留顶煤厚度为6.0m，顶煤结构相对复杂，煤层稳定性差，工作面回采后顶煤与直接顶之间出现离层现象，工作面回采后顶煤承载能力降低，顶煤承载梁结构遭到破坏，导致顶煤破碎现象。
（2）地质构造影响：601工作面受F5断层影响，破坏了工作面煤岩体连续稳定性，在断层带附近煤岩体出现裂隙发育现象，构造应力在断层裂隙带出现卸压现象，卸压过程中对煤岩体产生张拉作用，造成煤岩体出现破碎现象。
（3）煤壁稳定性差：由于受断层影响，煤壁出现失稳现象，导致煤壁垮落，从而降低了煤壁对顶板支撑强度，导致端面顶板出现断裂，甚至出现超前破碎现象。
2.1 围岩注浆加固
为了提高断层带处煤壁及顶煤整体稳定性，决定在断层处对围岩进行注浆加固，在注浆前通过对端面破碎顶板进行施工窥视孔，对顶板围岩进行观察，窥视孔深度为10m，直径为30mm，通过窥视发现，在顶板往上0～2.0m范围内煤体严重破碎，岩体单轴抗压强度不足10MPa，所以重点对该区域进行注浆加固。具体注浆施工如下：
（1）注浆钻孔布置：工作面揭露断层后及时对机道处煤矸进行清理，并将支架移至煤壁处，并打开护帮板，然后在工作面片帮煤壁施工一排注浆钻孔，钻孔距顶板间距为1.5m，钻孔间距为3.0m，共计布置15个注浆钻孔，钻孔以45°上山角布置。
（2）注浆埋管：注浆钻孔施工完后及时对钻孔内煤屑清理干净，然后对钻孔内埋入注浆管，注浆管长度为5.0m，直径为20mm，注浆管为无缝钢管，钢管底端焊制直径为8mm注浆射孔。
（3）封孔：由于钻孔为仰斜钻孔，为了提高注浆效果，注浆管安装完后对孔口处进行封孔处理，采用膨胀水泥与纱布联合封孔，封孔深度为0.5m，封孔2h后待膨胀水泥完全凝固后方可注浆。
（4）注浆施工：注浆液采用马丽散与催化剂混合液，采用专用风动注浆泵进行注浆施工，注浆压力为2.5MPa，单孔注入马丽散浆液量为40kg，注浆3h后工作面方可继续回采。
2.2 撞楔超前支护
为了实现工作面前方2～5m范围内煤体超前支护作用，决定对断层处煤壁顶板施工一排撞楔超前支护。
（1）为了提高超前支护韧性，决定采用玻璃钢锚杆作为支护体，玻璃钢锚杆长度为3.5m，直径为30mm。
（2）首先采用手持式钻机在煤壁顶板施工一排支护钻孔，钻孔深度为3.2m，直径为32mm，钻孔间距为1.6m，为了防止超前支护越限现象，支护钻孔以3°仰角布置，如图1所示。
图1 601工作面端面破碎顶板联合支护平面示意图（单位：mm）
（3）超前支护孔施工完后对钻孔内塞入两支锚固剂，然后对玻璃钢锚杆进行锚注，锚注后保证锚杆锚固合格且锚杆外露长度控制在0.15～0.20m。
（4）同一排撞楔超前支护施工完后，工作面方可回采，在回采过程中将液压支架顶梁与支护体紧密接触，当工作面往前推进3.0m后施工第二排超前支护，依次类推直至工作面完全过断层破碎区。
（1）601工作面破碎顶板采取注浆加固后，分别对注浆区岩体以及非注浆区岩体采样并进行单轴抗压试验对比分析发现，注浆前断层带处岩体平均单轴抗压强度不足10MPa，注浆后岩体平均单轴抗压强度为37.9MPa，岩体抗压强度提高了3倍，注浆后有效提高了断层区围岩整体稳定强度，控制顶板断裂、垮落现象。
（2）通过对601工作面施工撞楔超前支护后，密集支护体形成组合梁结构，对工作面前方破碎煤岩体实现超前支护作用，有效控制了工作面煤体受构造应力影响出现超前破碎现象。
（3）截止2020年8月601工作面已回采至520m处，通过对过断层期间顶板、煤壁采取联合支护技术后，工作面在后期回采过程中通过现场观察发现，采取联合控制技术后，在后期回采过程中未发生顶板冒漏事故，煤壁片帮现象得到了有效改善，片帮距降低至0.6m。
煤壁片帮、端面破碎严重威胁着安全回采，采取合理有效的控制技术对工作面安全高效回采具有重要意义；
长春兴煤矿根据601工作面端面破碎机理，采取注浆加固以及超前支护联合控制措施，实现了有效控制断层应力区围岩的目的，防止了因构造应力影响出现顶板事故，取得了显著应用成效。
