綜采工作面過大落差斷層技術探究

李　軍

(大同煤礦集團 永定莊煤業公司，山西　大同　037024)

·技術經驗·

綜采工作面過大落差斷層技術探究

李軍

(大同煤礦集團 永定莊煤業公司，山西大同037024)

摘要以我國某礦1332(1)綜采工作面F93-1大落差斷層為工程應用背景，通過結合斷層參數特征確定了沿底板強行通過斷層方案，論述了在受斷層影響的區域段，采取U型棚支護加固回風巷、運輸巷、改棚施工以及高水速凝材料注漿加固斷層帶措施，取得了顯著的經濟安全效果。

關鍵詞綜采工作面；大落差斷層；過斷層；高水速凝材料；注漿加固

由于地質作用的綜合結果，煤礦開采過程中不可避免地會遇到斷層，尤其是大落差斷層，這對煤礦的安全開采造成了嚴重的影響。因此，研究綜采工作面過大落差斷層技術具有重大理論和實踐意義。

1概況

1.1　斷層簡況

某礦F93-1斷層位于1332(1)工作面，其影響范圍較大，回采段受影響總長度為120 m，斷層貫穿整個工作面，經確定，斷層為傾向斷層。斷層與工作面相交，且形成夾角為22°.受影響回采區段，煤層較為破碎，且影響程度超過1倍煤厚，斷層落差約為5.6 m，對回采工作造成較大的影響。

1.2　工作面三機布置

1332(1)工作面三機布置情況見表1.

表1　三機布置參數表

2斷層帶區域地質構造及冒落分析

2.1　煤巖存在狀況分析

斷層是地殼運動的結果，是地層運動過程中能量聚集和釋放的結果。在地殼運動過程中，巖層會出現斷裂、擠壓等現象，與此同時會產生大量裂隙。因此，斷層帶附近往往存在破碎帶。由于頂板煤層的強度低于巖層的強度，所以，在同樣大小力的作用下，煤要比巖石更容易破碎。因此，斷層的破碎帶內，煤的破壞程度比巖層要嚴重得多，且塊度小。所以，綜采工作面過斷層時，應保留巖頂或提高斷層區域頂板的整體穩定性。

2.2　冒落分析

1) 若端面頂板發生冒落，則應及時進行勾頂工作，這樣才能維護頂板的穩定，保證綜采面快速、安全通過斷層。

2) 若支架闖過冒頂區，則支架上方的頂板也會出現破壞現象，造成支架的損壞，間接延長了過斷層的時間。

3) 若端面頂板冒空，則不宜采取勾頂和超前支護的措施，否則，會嚴重影響綜采面的生產效率，不利于快速通過斷層，而且也造成坑木等材料的消耗。

因此，在綜采工作面過斷層時，應避免斷層破碎帶內弱變區的影響，避免工作面端面出現冒頂現象以及煤層出現片幫現象。一旦出現端面冒頂問題，則應及時進行勾頂工作，護好頂板，減少通過斷層破碎帶的時間。

3過斷層技術研究

3.1　斷層通過方案選擇

結合斷層地質資料、斷層帶區域地質構造及冒落分析，先擬定以下兩種斷層通過方案：

方案一：跟頂板回采，通過斷層區域時，破頂剎底，強行通過。

優點：省去逮煤頂工作，老塘不會產生較多的遺煤量，且能保證回采的煤炭質量，此外，還有利于防火，便于頂板管理。

缺點：當工作面推進至斷層區域時，必須采取急剎車措施，且工作面俯采角度大于40°.回采設備處于陡坡段，運行時極易出現損壞，且管理難度較大，也難以控制剎底與破頂之間的協調工作。再加上機頭或機尾處頂板與運輸巷頂板存在較大落差，使得鏈板機頭與轉載機的搭接工作難以有效控制。

方案二：逮煤頂，沿底板強行通過。

優點：變坡點平齊，工作面俯采角度不大，不超過10°，回采設備由于運行時處于近似平坡段，因而不易出現損壞，且易于管理，工作面支架和刮板輸送機也更好操作，此外，鏈板機頭與轉載機的搭接可得到有效的控制。

缺點：需要進行逮煤頂施工，產生大量的遺煤，采煤機需割大量矸石，同時防火工作面臨較大困難，頂板不易管理。

綜上所述，結合回采設備的性能、矸石的硬度、斷層其他參數特征等，選擇方案二作為該斷層通過方案。

3.2　受斷層影響段U型棚支護加固處理

掘進過程中，F93-1斷層對回風巷、運輸巷U型棚支護段將產生較大的影響，因此，提前采取U型棚支護段加固處理措施，不僅有利于回采時改棚工作的安全進行，還可有效避免該段出現頂板破碎下沉問題，其具體加固措施為：兩棚U型棚中間的頂板處，采用錨索聯合鋼帶加固措施(壓彎鋼帶，緊貼頂板，錨索固定)，鋼帶規格為2.75 m M5鋼帶，錨索確定為4根；相鄰兩U型棚中的頂板處，采取錨桿聯合鋼帶加固措施，鋼帶規格確定為2.0 m M5鋼帶，錨桿選擇高強度錨桿，確定為3根；幫部靠工作面一側，采用玻璃鋼錨桿聯合皮帶加固措施，選擇廢舊皮帶，規格2.75 m，玻璃鋼錨桿確定為4根；工作面對側幫部，采用錨桿聯合鋼帶加固措施，鋼帶規格為2.75 m M5鋼帶，錨桿選擇高強度錨桿，確定為4根。

3.3　改棚施工

為不影響回采工作，應在超前工作面100 m處進行改棚施工。

U型棚支護加固完整區域，首先拆掉U型棚，而后，在U型棚拆卸區域架設傾向棚，棚梁確定為礦用11#工字鋼，規格確定為3.6～4.0 m，棚腿選擇DZ-32(35)型單體。

某些U型棚支護區域，由于頂板充填厚度較大，沒有采取加固措施，應先采取傾向棚架設措施，而后再進行U型棚拆卸工作。

當進行第一棚傾向棚架設工作時，應首先在棚梁兩端各安設1根單體點柱；當進行第二棚傾向棚架設工作時，在棚梁之間選擇1排臨時棚，采用雙面扒皮料做梁進行支護，當傾向棚達到4.5 m時，則應改用規格為4.5 m的11#礦用工字鋼，棚腿型號不變。當挑棚挑齊時，則拆卸傾向棚下的臨時支護。

結合已選擇的斷層通過方案，在受斷層影響的區域，確定逮煤頂后的假頂線，當進行改棚工作時，假頂線以上區域，應采取充填措施，充填材料可確定為廢舊道木等，若假頂線以下區域高度較小，則應在該處提前臥底，以獲得有效的巷道高度。

3.4　高水速凝材料注漿加固斷層帶方案

本工程使用的注漿材料為ZKD型高水速凝水泥，漆基料為硫鋁酸鹽水泥，并與石膏等配料混合配制而成兩部分，即甲料和乙料，其中，甲料與乙料混合比例為1∶1.該水泥的最明顯的優勢為速凝、早強(尤其是在高水灰比情況下)。此外，其還具有以下優點：1) 高結石率。2) 凝固后不會產生收縮裂縫問題。3) 塑性好。4) 凝結時間快且具有較強的可控性。5) 成本低。

鑒于該斷層延伸方向與1332(1)工作面方向一致，故確定打孔注漿。為使該工作面生產正常進行，只需選擇軌道平巷一側即可。

由測得礦壓資料可知，巷道附近的F93-1斷層帶僅存在單向受力情況，且破碎情況非常利于漿液流動，無需較大的注漿壓力。由于漿液流動范圍的有限性，確定在F93-1斷層帶打5組注漿鉆孔，鉆孔長度確定為3種長度，即短孔(15～25 m)、中長孔(65～80 m)、長孔(157 m).注漿壓力隨鉆孔長度的增加而變大，即短孔2.5±0.5 MPa，中長孔4.5±0.5 MPa，長孔5.5±0.5 MPa，注漿的順序為短孔、中長孔、長孔。沿斷層走向進行鉆孔，鉆孔間距為3 m.

3.5　斷層影響段超前預注漿加固頂板管理

1) 開挖注漿孔。開挖注漿孔的位置應確定在受斷層影響段，沿著工作面方向進行注漿孔施工，確定注漿孔與巷道底板的距離為1.1～2.3 m，相鄰兩注漿孔之間的間距確定為1.0 m，此外，終孔確定在斷層面上，且間距確定為10 m，開挖27個注漿孔。

2) 當完成注漿孔的施工后，應及時進行注漿加固，以獲得良好的注漿加固效果。

3) 開挖注漿孔的鉆頭參數確定為d94 mm，若注漿孔長度超過10 m，則采用d75 mm套管進行封孔，封孔長度在8.0 m以上。

4) 注漿水泥可選擇普通硅酸鹽水泥，其水灰比確定為1∶1.25～1∶1.15，為減少水泥凝固時間，摻入一定量的工業鹽和三乙醇胺，其重量分別確定為0.5%的水泥重量和0.05%的水泥重量。

5) 若注漿孔長度不超過30 m，應確定注漿壓力為3 MPa；若注漿孔長度超過30 m，則確定注漿壓力為5 MPa.

4效果分析

該礦1332(2)綜采面過F93-1斷層，實踐結果表明，沿底板強行通過斷層方案可行，取得了顯著的技術經濟效果，過斷層期間并未出現任何安全問題，煤炭回采率得到了明顯提高，開采速度顯著增加，支護等材料成本大大降低。同時，高水速凝材料注漿加固斷層帶技術有效增強了破碎區域的強度，為綜采面安全順利過斷層提供了有力支持。

參考文獻

[1]陳少華,隋海龍,高金龍.綜采面過落差12 m大斷層的技術實踐[J].煤礦開采,2013,18(2):26-28.

[2]劉正茂.淺析大采高綜采工作面過大落差斷層[J].水力采煤與管道運輸，2012(3):86-89.

[3]楊勝,張志智,彭立華,等.大傾角煤層綜采工作面過斷層技術與實踐[J].華北科技學院學報,2014,11(10):45-48.

[4]王堅剛,柏正才.綜放工作面過大落差斷層技術[J].礦山壓力與頂板管理，2003(1):74-75.

[5]劉志剛,張華清.綜采工作面過斷層技術與實踐[J].煤礦開采，2010,15(5):30-31.

[6]王平兒,伍祖恩,周蕭,等.淺談云莊礦薄煤層回采工作面過斷層實踐[J].江西煤炭科技,2013(03):53-54.

[7]鄭群,邵洪杰,李俊斌.復雜開采條件下綜采過斷層生產管理技術[J].能源技術與管理,2013,38(01):84-85.

[8]畢仲文.煤礦井下采煤工作面過斷層技術措施研究[J].山西煤炭管理干部學院學報,2013,26(02):36-38.

[9]陳少璞,王濱,王瑞智,等.大柳塔煤礦12611-2綜采面過斷層技術研究[J].煤炭工程,2011(10):72-74.

Analysis on Passing Large Fault in Fully Mechanized Mining Face

LI Jun

AbstractTakes the F93-1 large drop fault of 1332(1) fully mechanized mining face as the engineering background. Through combining with the characteristics of fault parameters the plan that force passing the fault along the floor is determined. Discusses in regional sections affected by the fault adopts the measures of which U shaped shed reinforce return air roadway and transport roadway, change shed construction and high water rapid hardening materials grouting reinforce fault zone. The effects of economic and security are significant.

Key wordsFully mechanized mining face; Large fault; Passing fault; High water rapid hardening materials; Grouting reinforcement

中圖分類號：TD355

文獻標識碼：B

文章編號：1672-0652(2015)12-0044-03

作者簡介：李軍(1975—)，男，山西天鎮人，2014年畢業于中國礦業大學,碩士研究生，工程師，主要從事煤礦機電技術與管理方面的工作(E-mail)yiqundt4@163.com

收稿日期：2015-10-11