翟镇井田离层型复合顶板治理研究
杨建飞
【摘 要】论文主要以翟镇井田2层煤、4层煤的分层为主，构成离层型复合顶板岩性组成分析支护难点，提出适合现场施工的离层型复合顶板治理方案，满足矿井安全生产需要。
【Abstract】This paper mainly studies the lithology composition analysis and supporting difficulties of the composite roof of separation layer type roof which is mainly composed of 2 layers of coal and 4 layers of coal， puts forward a treatment scheme of separate layer composite roof， which is suitable for site construction and meeting the needs of mine safety production.
【关键词】煤层上分层；复合顶板；治理
【Keywords】coal seam stratification； composite roof； governance
【中图分类号】TD353 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）11-0180-02
1 引言
翟镇井田在生产期间对顶板安全造成最大影响的是以2层煤、4层煤上分层为主构成的复合顶板。以煤层上分层及层间夹矸-粉砂岩、炭质泥岩为主要构成的复合顶板，结构复杂、层理、裂隙发育稳定性差、抗弯能力差，在矿山压力影响下易发生离层，特别是在构造复杂、煤层赋存状态频繁变化的区段，应力突出，易于发生垮落冒顶，极难管理。
2 煤巷离层复合顶板治理方案
通过多年生产实践，针对顺煤层上分层、托煤层上分层掘进煤巷的不同施工特点，翟镇煤矿形成了一整套离层型复合顶板施工方案。
①复合顶区域施工时，每隔10m顶板打设一深6m的探眼，探明顶板岩性。当岩性发生变化时，如5m范围内无复合顶板且顶板完整、岩石坚硬，需要修改支护方式时，由施工单位委托地测专业现场施工探眼，鉴定岩性，汇报矿领导后再更改支护方式。②当顶板以上3m范围内有复合顶时或顶板破碎时，隔排打设一组锚索桁架，每排保证一根锚索，锚索“之”字形布置，锚索绳向巷道两侧倾斜，与铅垂线的夹角为20-30°，距帮1.2m（如图1）。③ 当顶板以上2m范围内有复合顶或锚杆锚固端锚在煤中时，每排一组锚索桁架布置（保证每排2根锚索），顶板挂双金属网护顶[1]。锚索绳向巷道两侧倾斜，与铅垂线的夹角20-30°，距帮1200mm。④当2m内有复合顶且锚杆锚固端锚在煤中时，当顶板破碎极为严重时，再加密锚索桁架至五花布置方式，即打设桁架后保证每排三根锚索。⑤当3m以上有复合顶板但顶板完整时，隔排布置一根锚索或隔2排布置锚索桁架，若顶板破碎时，保证每排布置一根锚索。⑥当顶板破碎严重时，锚杆排距最大900mm，预紧力符合要求。使用6m长锚索锚固端锚在煤中时，打设长8m锚索或复棚加强支护。⑦在6404W掘进工作的生产实践中总结出了应对压力大、顶板破碎治理效果更为突出的离层型复合顶板支护方式。
6404W掘进工作面复合顶板主要构成为煤层上分层及层间夹矸，以粉砂岩、炭质泥岩为主，第一分层距煤层最小处为0.05m，趋向于与煤层合层。
在工作方面掘进期间，对趋向于合层的区域采用顶板沿煤层部分上分层，底板沿煤层底板掘进，当第一层夹矸厚度较厚，大于等于0.5m時，巷道沿煤层顶底板掘进，尽可能多地回收煤炭资源[2]。为保证巷道顶板以上剩余的复合顶板得到控制，在施工过程中采用施工锚索、锚索桁架的方式加强支护。
施工切眼时，受巷道西侧井田边界F10断层及上覆6204W采空区压力影响，部分巷道处于应力集中区，巷道顶板、底板、两帮变形严重，巷道顶板破碎、发生漏顶。漏顶位置位于上分层与上分层交界易发生离层处。为保证切眼顺利施工，在顶板压力大时，破碎段先后试验了2种加强支护方案：一是锚带网+复棚+6m锚索+点柱联合支护，二是锚带网+6m锚索部分代替锚杆+8m锚索+点柱联合加强支护。
现场观测数据显示，在顶板压力大时，破碎段使用第一种联合支护方式，4#测点顶底板移近速度在13-22mm/d之间，使用第二种联合支护方式，5#测点顶底板移近速度在3.5-11mm/d之间。相互对比发现，第二种方案效果较好，该方案具体如下：
第一，切眼断面宽5m，顶板采用长5m的6孔钢带，将顶板钢带（面向迎头）从右向左起第三个孔、第五个孔各打设锚索代替现Φ20×2000mm的金属锚杆加强顶板支护。锚索使用5块树脂锚固剂，锚索最小锚固长度不小于1.5m，锚固方式为加长锚（如图2）。
钢带空内打设锚索桁架补强支护，采用Φ21.6mm，长度为8m的锚索，使用不少于5块树脂锚固剂，最小锚固长度不小于1.5m，锚固方式为加长锚。
安装时锚索张力预紧力控制在80-100mN，锚索安装48小时后，如发现预紧力下降，及时补拉，锚索单根设计锚固力大于200kN。
第二，小循环掘进，排距不得超过900mm。
第三，钢带空内补强支护锚索桁架锚索每排三根“五花”形布置、距帮1.2m及巷中，锚索跟割煤前迎头施工，点柱跟皮带大机尾后打设[3]。
第四，采用锚索代替锚杆支护时，顶板其余锚杆仍使用Φ20×2000mm的金属锚杆，当顶板锚杆锚固端锚在煤中时，打设加长锚杆Φ20×2500mm的金属锚杆，确保锚固端锚在岩石中。
3 回采工作面对于离层型复合顶板的治理
回采工作面对于离层复合顶板的治理除了正常安全生产措施外，通过提升技术装备水平来治理好顶板。6404W工作面煤厚2.55-3.0m，平均煤厚2.77m，加上可采上分层及上分层与层间夹矸，采高达到2.6-4.12 m，平均3.29m。若采用过去使用的采高最高为3.2m的综采支架ZY3400，为保证施工安全，在保留0.2m活柱的前提下采高只能达到3m。工作面上控制复合顶板采取留顶煤或撇底煤的方式推采，留顶煤将造成不必要的煤炭资源损失；撇底煤，工作面将采出上分层、层间夹矸及部分煤层，不仅影响煤质而且造成煤炭资源损失。为尽可能多地回收煤炭资源，控制住复合顶板，6404W面采用了采高更大的ZY6700型综采支架，该支架最大采高4m，在保留0.2m活柱的前提下，能达到3.8m采高，不仅完全能够满足安全生产需要，而且最大程度地回收煤炭资源，增加经济效益。
4 结语
通过研究掘进、回采期间对离层型复合顶板的治理方案可以得出，以煤层上分层为主要构成的离层型复合顶板可以人为有效控制，关键在于生产单位对于复合顶板治理的重视程度，与地测专业一起做好顶板岩性控制。
在煤巷掘进上锚带网+6m锚索部分代替锚杆+8m锚索+点柱联合加强支护压力大、顶板破碎段的支护方案经受住了生产实践的严格考验，可以进行推广应用。提高回采装备水平，特别是应用新型大采高综采支架，对于煤层上分层发育回采工作面的复合顶板治理具有较好的治理效果。
【参考文献】
【1】秦忠诚. 构造复杂煤层开采[M]. 北京：煤炭工业出版社， 2009.
【2】李增学. 矿井地质学[M]. 北京：煤炭工业出版社， 2009.
【3】康红普， 王金华. 煤巷锚杆支护理论与成套技术[M]. 北京：煤炭工业出版社， 2007.
【摘 要】论文主要以翟镇井田2层煤、4层煤的分层为主，构成离层型复合顶板岩性组成分析支护难点，提出适合现场施工的离层型复合顶板治理方案，满足矿井安全生产需要。
【Abstract】This paper mainly studies the lithology composition analysis and supporting difficulties of the composite roof of separation layer type roof which is mainly composed of 2 layers of coal and 4 layers of coal， puts forward a treatment scheme of separate layer composite roof， which is suitable for site construction and meeting the needs of mine safety production.
【关键词】煤层上分层；复合顶板；治理
【Keywords】coal seam stratification； composite roof； governance
【中图分类号】TD353 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2017）11-0180-02
1 引言
翟镇井田在生产期间对顶板安全造成最大影响的是以2层煤、4层煤上分层为主构成的复合顶板。以煤层上分层及层间夹矸-粉砂岩、炭质泥岩为主要构成的复合顶板，结构复杂、层理、裂隙发育稳定性差、抗弯能力差，在矿山压力影响下易发生离层，特别是在构造复杂、煤层赋存状态频繁变化的区段，应力突出，易于发生垮落冒顶，极难管理。
2 煤巷离层复合顶板治理方案
通过多年生产实践，针对顺煤层上分层、托煤层上分层掘进煤巷的不同施工特点，翟镇煤矿形成了一整套离层型复合顶板施工方案。
①复合顶区域施工时，每隔10m顶板打设一深6m的探眼，探明顶板岩性。当岩性发生变化时，如5m范围内无复合顶板且顶板完整、岩石坚硬，需要修改支护方式时，由施工单位委托地测专业现场施工探眼，鉴定岩性，汇报矿领导后再更改支护方式。②当顶板以上3m范围内有复合顶时或顶板破碎时，隔排打设一组锚索桁架，每排保证一根锚索，锚索“之”字形布置，锚索绳向巷道两侧倾斜，与铅垂线的夹角为20-30°，距帮1.2m（如图1）。③ 当顶板以上2m范围内有复合顶或锚杆锚固端锚在煤中时，每排一组锚索桁架布置（保证每排2根锚索），顶板挂双金属网护顶[1]。锚索绳向巷道两侧倾斜，与铅垂线的夹角20-30°，距帮1200mm。④当2m内有复合顶且锚杆锚固端锚在煤中时，当顶板破碎极为严重时，再加密锚索桁架至五花布置方式，即打设桁架后保证每排三根锚索。⑤当3m以上有复合顶板但顶板完整时，隔排布置一根锚索或隔2排布置锚索桁架，若顶板破碎时，保证每排布置一根锚索。⑥当顶板破碎严重时，锚杆排距最大900mm，预紧力符合要求。使用6m长锚索锚固端锚在煤中时，打设长8m锚索或复棚加强支护。⑦在6404W掘进工作的生产实践中总结出了应对压力大、顶板破碎治理效果更为突出的离层型复合顶板支护方式。
6404W掘进工作面复合顶板主要构成为煤层上分层及层间夹矸，以粉砂岩、炭质泥岩为主，第一分层距煤层最小处为0.05m，趋向于与煤层合层。
在工作方面掘进期间，对趋向于合层的区域采用顶板沿煤层部分上分层，底板沿煤层底板掘进，当第一层夹矸厚度较厚，大于等于0.5m時，巷道沿煤层顶底板掘进，尽可能多地回收煤炭资源[2]。为保证巷道顶板以上剩余的复合顶板得到控制，在施工过程中采用施工锚索、锚索桁架的方式加强支护。
施工切眼时，受巷道西侧井田边界F10断层及上覆6204W采空区压力影响，部分巷道处于应力集中区，巷道顶板、底板、两帮变形严重，巷道顶板破碎、发生漏顶。漏顶位置位于上分层与上分层交界易发生离层处。为保证切眼顺利施工，在顶板压力大时，破碎段先后试验了2种加强支护方案：一是锚带网+复棚+6m锚索+点柱联合支护，二是锚带网+6m锚索部分代替锚杆+8m锚索+点柱联合加强支护。
现场观测数据显示，在顶板压力大时，破碎段使用第一种联合支护方式，4#测点顶底板移近速度在13-22mm/d之间，使用第二种联合支护方式，5#测点顶底板移近速度在3.5-11mm/d之间。相互对比发现，第二种方案效果较好，该方案具体如下：
第一，切眼断面宽5m，顶板采用长5m的6孔钢带，将顶板钢带（面向迎头）从右向左起第三个孔、第五个孔各打设锚索代替现Φ20×2000mm的金属锚杆加强顶板支护。锚索使用5块树脂锚固剂，锚索最小锚固长度不小于1.5m，锚固方式为加长锚（如图2）。
钢带空内打设锚索桁架补强支护，采用Φ21.6mm，长度为8m的锚索，使用不少于5块树脂锚固剂，最小锚固长度不小于1.5m，锚固方式为加长锚。
安装时锚索张力预紧力控制在80-100mN，锚索安装48小时后，如发现预紧力下降，及时补拉，锚索单根设计锚固力大于200kN。
第二，小循环掘进，排距不得超过900mm。
第三，钢带空内补强支护锚索桁架锚索每排三根“五花”形布置、距帮1.2m及巷中，锚索跟割煤前迎头施工，点柱跟皮带大机尾后打设[3]。
第四，采用锚索代替锚杆支护时，顶板其余锚杆仍使用Φ20×2000mm的金属锚杆，当顶板锚杆锚固端锚在煤中时，打设加长锚杆Φ20×2500mm的金属锚杆，确保锚固端锚在岩石中。
3 回采工作面对于离层型复合顶板的治理
回采工作面对于离层复合顶板的治理除了正常安全生产措施外，通过提升技术装备水平来治理好顶板。6404W工作面煤厚2.55-3.0m，平均煤厚2.77m，加上可采上分层及上分层与层间夹矸，采高达到2.6-4.12 m，平均3.29m。若采用过去使用的采高最高为3.2m的综采支架ZY3400，为保证施工安全，在保留0.2m活柱的前提下采高只能达到3m。工作面上控制复合顶板采取留顶煤或撇底煤的方式推采，留顶煤将造成不必要的煤炭资源损失；撇底煤，工作面将采出上分层、层间夹矸及部分煤层，不仅影响煤质而且造成煤炭资源损失。为尽可能多地回收煤炭资源，控制住复合顶板，6404W面采用了采高更大的ZY6700型综采支架，该支架最大采高4m，在保留0.2m活柱的前提下，能达到3.8m采高，不仅完全能够满足安全生产需要，而且最大程度地回收煤炭资源，增加经济效益。
4 结语
通过研究掘进、回采期间对离层型复合顶板的治理方案可以得出，以煤层上分层为主要构成的离层型复合顶板可以人为有效控制，关键在于生产单位对于复合顶板治理的重视程度，与地测专业一起做好顶板岩性控制。
在煤巷掘进上锚带网+6m锚索部分代替锚杆+8m锚索+点柱联合加强支护压力大、顶板破碎段的支护方案经受住了生产实践的严格考验，可以进行推广应用。提高回采装备水平，特别是应用新型大采高综采支架，对于煤层上分层发育回采工作面的复合顶板治理具有较好的治理效果。
【参考文献】
【1】秦忠诚. 构造复杂煤层开采[M]. 北京：煤炭工业出版社， 2009.
【2】李增学. 矿井地质学[M]. 北京：煤炭工业出版社， 2009.
【3】康红普， 王金华. 煤巷锚杆支护理论与成套技术[M]. 北京：煤炭工业出版社， 2007.
