晉華宮礦8707綜采面過斷層破碎帶綜合治理技術

晉華宮礦8707綜采面過斷層破碎帶綜合治理技術

李文格

(大同煤礦集團有限責任公司，山西 大同 037003)

[摘要]晉華宮礦8707綜采工作面在推進到斷層破碎帶附近時出現了嚴重的片幫、冒頂現象，致使支架難以向前推移，給工作面的安全生產帶來了極大影響。在對工作面的片幫冒頂特征分析的基礎上，針對出現的問題提出了綜合治理技術措施：制定綜采工作面過斷層工藝、應用馬麗散材料注漿加固破碎頂板、加強支架的維護和管理，最終成功地控制了工作面的片幫冒頂，順利通過了斷層破碎帶。這種綜合治理技術，不僅為實現晉華宮礦的安全開采提供了重要的技術支撐，也為類似礦井的順利開采提供了相應的經驗和參考。

[關鍵詞]綜采工作面；斷層；片幫；馬麗散

[中圖分類號]TD327.22[文獻標識碼]A

[收稿日期]2014-08-01

DOI[]10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2015.01.013

[作者簡介]李文格(1967-)，男，山西靈丘人，助理工程師，從事煤炭生產管理工作。

Treatment Technology of Fault Fracture Zone in 8707

Full-mechanized Mining Face of Jinhuagong Colliery

LI Wen-ge

(Datong Coal Mine Group Co., Ltd., Datong 037003, China)

Abstract:Serious coal-wall slide, roof fall occurred during 8707 full-mechanized mining face advanced in fault fracture zone which resulted into powered supports movement difficulty and seriously influenced safety mining.On the basis of analyzing characteristic of coal-wall sliding and roof fall in mining face, comprehensive treatment measures were put forward which included formulating mining technique for fault range, applying marithan material to reinforcing broken roof, strengthening maintenance and management of powered support.With the measures, coal-wall sliding and roof fall was successfully controlled and mining face smoothly mined through fault broken area.This comprehensive treatment technology not only provided important technical supporting for safe mining, but also present some experience and reference for similar mine.

Keywords:full-mechanized mining face; fault; coal wall slide; Marithan

[引用格式]李文格.晉華宮礦8707綜采面過斷層破碎帶綜合治理技術[J].煤礦開采，2015，20(1)：41-44.

晉華宮礦8707綜采工作面在推進過程中，距離5707回風巷68m處，在其切眼發育一斷層F4，H=0.4～2.85m，產狀為258°∠65°。由于斷層附近的頂板較破碎，造成了54～90號支架附近大面積的片幫和冒頂現象，工作面日推進度平均0.7m，幾乎每天都在處理斷層處的冒頂問題，給工作面的安全生產帶來嚴重威脅。

在分析斷層破碎帶對8707綜采面影響特征的基礎上，根據斷層的落差和傾角、煤層厚度、綜采設備的最低工作高度、煤層傾角等因素確定采用綜合治理技術措施：制定綜采工作面過斷層工藝、應用馬麗散材料注漿加固破碎頂板、加強支架的維護和管理，以期達到工作面順利通過斷層破碎帶的目的。

1工作面概況

1.1　工作面地質概況

8707綜采工作面主采11號煤層，煤層厚度2.2~3.5m，平均厚度3.2m，煤層平均傾角3°，工作面走向長1502m，面長160m。直接頂為炭質泥巖、粗砂巖，厚度3.5～5.5m，灰白色，以石英長石為主，次為長石暗色物質；基本頂為細砂巖，厚度為6.3～20.6m，淺灰白色，石英長石，有暗色物質，節理發育程度低；直接底為細砂巖，厚度為6m，灰白色，以石英為主，底部夾雜灰黑色粉砂巖碎屑。

1.2工作面機械裝備

8707綜采工作面采用走向長壁后退式采煤法，頂板支護使用ZZ/6000/17/37B型液壓支架；采空區處理為全部垮落法。工作面輸送機為SGZ-800/750型中雙鏈刮板輸送機；采煤機使用MG400/930WD型雙滾筒采煤機。運輸巷轉載機使用SZZ-850/250型轉載機及SSJ-1000/200型帶式輸送機。

28707工作面片幫冒頂特征

8707工作面由于受到F4斷層破碎帶的影響，在回采過程中出現了大面積的片幫、冒頂現象。圖1為8707工作面典型片幫冒頂特征圖。

圖1　8707工作面典型片幫冒頂特征

圖1(a)為工作面大面積片幫，片幫長度為4~6m，頂梁臺階為0.5m。圖1(b)為支架前探梁上方出現的冒頂，冒落塊度為1.8m×1m×1.5m，并且前方煤壁發生了較大面積片幫。8707工作面推進到斷層破碎帶時各觀測站的礦壓信息觀測結果如表1所示。

表1　各觀測站礦壓信息

由表1可知：斷層破碎帶附近的測站(20號、65號和80號)片幫冒頂現象明顯較其他測站更加強烈，片深高達2m以上，說明斷層對工作面的正常回采影響較大；部分支架頂梁臺階高達150~280mm，導致支架不能有效接頂，支架位態較差，達不到要求的工作阻力，對支護頂板十分不利；支架整體片幫和冒頂現象比較嚴重，部分支架片深達2m以上，冒高達1m以上，其中存在大面積片幫，長度為8～10m；支架整體端面距較大，部分高達1500～2200mm，移架不及時，不利于端面頂板的支護，易誘發冒頂。

3綜采工作面過斷層技術

根據以上分析，綜采8707工作面通過F4斷層破碎帶應采取以下工程措施。

3.1　挑頂挖底與調整割煤高度

(1)綜采8707工作面F4斷層展布如圖2所示，綜采面8707過斷層坡度調整方法如圖3所示。綜合采用挑頂挖底和調整割煤高度方法通過斷層破碎帶，其工藝過程如下：

圖2　回采工作面F4斷層展布

圖3　綜采面8707過斷層坡度調整方法

工作面從上盤向下盤推進時，上盤頂板由煤體以及下盤頂板和斷層面間的摩擦力來支撐，過斷層的頂板壓力較小。在開采的初期，按照3°起坡角，調整的傾斜長度為55m，支架調整的范圍為54～90號液壓支架，底滾筒需與工作面底板趨勢相同。在過斷層時，調整的斜長范圍內，采高為2.8m；開采初期，機頭到斷層破碎帶、斷層破碎帶到機尾的采高為3m。

頂刀調整時，在變坡點1抬滾筒，變坡點2降滾筒，幅度不能超過100mm，過渡要平緩，頂刀的走勢與推進方向頂板趨勢保持相同。底刀調整時，對變坡點1，過渡斜長為7~10m，調整角為2°，抬刀幅度為350mm，分多次調整。采煤機反向牽引時，對變坡點1進行反向調整。對變坡點2，采取同樣的調整方法，并且預留底煤200~300mm。刮板輸送機隨之順平、順直，隨著工作面不斷推進，斷層傾角和落差減小。

(2)采用樹脂木錨桿防片幫技術，能夠有效防止煤壁片幫造成的支架端面距加大，從而控制控頂距內冒頂，使工作面順利通過斷層。

(3)針對8707綜采工作面頂板破碎，回采過程中支架頂梁前方出現的大面積冒頂情況，應用聚合材料馬麗散化學漿液注漿，以加固工作面的破碎頂板，確保工作面的安全生產。

3.2　馬麗散材料注漿加固破碎頂板

馬麗散材料是一種低黏度、雙組合合成高分子——聚亞胺膠酯材料，具有高度黏合力和很好的機械性能，與巖層產生高度黏合，可持續與工作面一致的壽命，能夠有效加固破碎頂板[2-4]。

(1)注漿地點沿8707綜采面傾斜方向，由于在16號～28號，54號～90號支架處頻繁發生嚴重片幫、冒頂。片幫范圍達3~15m，片深1.5m以上，冒頂高度高達2m以上，致使支架無法向前推移。針對以上情況，在16號～28號，54號～90號支架前探梁上方冒落空間和煤層內注入馬麗散化學漿液，封堵加固冒落空間并阻止煤壁進一步片幫，以及充填冒落空間上方巖層破碎裂隙，防止頂板巖層的再冒落。

(2)布孔位置與參數根據工作面采高，在工作面布置2排注漿孔，第1排注漿孔距離頂板0.5m，第2排注漿孔距離底板1.5m，均按三花眼布置。注漿孔孔徑為42mm，孔深6m和8m，上排注漿孔仰角為45°，下排注漿孔仰角為20°。

由文獻可知，注漿后漿液的擴散半徑為：

式中，R為漿液的擴散半徑，cm；pc為注漿孔內壓力，MPa；p0為受注裂縫內地下水壓力，MPa；T為注漿時間，s；b為裂縫寬度(開度)；rc為注漿孔半徑，cm；μ為漿液黏度，MPa·s。

根據8707綜采面的注漿參數計算可知，滲透半徑為1.65m，實測1.8m，由于注漿孔按三花眼布置，最終確定孔間距為3m。

由鉆孔布置可知，漿液有效固化厚度為5.7m頂板和2.1m煤層，能夠最大程度保證工作面正常推進，避免漏頂現象發生。8707工作面煤壁注漿孔布置如圖4所示。

圖4　8707工作面煤壁注漿孔布置

(3)注漿工藝鉆孔時要求鉆孔直徑為42mm和69mm 2種，深度和傾角按照設計要求進行鉆孔，在現場可根據地質情況變化進行適當調整。注漿時把2根吸料管分別插入馬麗散樹脂和催化劑桶中，其體積配合比為1∶1，質量配合比為1∶1.17，使用多功能風動注漿泵，壓力要求為4~7MPa，活塞在氣馬達的作用下運動，由于壓力的作用使原料經過活塞進入輸料管，輸送到注射槍里，通過注射槍注入地層，原料滲入裂隙，進而快速反應達到加固的目的。施工設備為2臺ZBQS-8.4/12.5型注漿泵，1臺TXU-75型巖石鉆機和1個7655型風鉆。

本施工工藝簡便新穎，和通常的機械或物理加固方法不同，是一種有效的化學加固方法，并且操作方便，對現場施工要求不高，能快速、高效地達到加固的目的，注漿工藝如圖5所示。

圖5　注漿工藝

3.3　8707綜采面支架維護措施

對現場支架的觀測發現，很多支架存在漏液和支柱損壞現象，其中43號、76號、107號漏液嚴重，75號～78號頂梁俯仰角為19°，一部分支架頂梁臺階達到200~300mm，端面距達到1500~1800mm。

針對以上問題，應當采取以下措施：

(1)控制好工作面的平度和直度。提高液壓支架的初撐力，采取帶壓移架，以減少由于移架而產生的頂板破壞。并且提高乳化液泵站壓力，保證供液系統不漏液，加強對支架的檢修力度，保證設備的正常運轉，要對常用、易損配件設置備用，保證及時供應。

(2)加強對支架位態的監測，頂底板在斜坡段要平緩過渡，及時調整支架的俯仰角和臺階差，保證其不要太大。當支架發生歪斜時，可以采取倒拉架并借助側護板油缸的方法進行調整。

(3)采煤機割煤后，應及時支護頂梁，采用手動收打護幫板，控制端面距在200mm內，防止大面積片幫和冒頂。

(4)工作面推進速度越快，煤壁暴露時間越短，對控制頂板破碎越有利?？梢圆扇p少采煤機截深，提高牽引速度，淺割快跑的方法降低頂板的破碎程度。

(5)加強工作面的工程質量檢測，規范人員行為，嚴格按照技術措施要求進行鉆孔、移架等操作。

4結論

(1)分析了斷層破碎帶對8707綜采工作面礦壓顯現的特征，在此基礎上，根據斷層的落差和傾角、綜采設備的最低工作高度、煤層厚度和傾角等因素確定了采用挑頂挖底法和調整割煤高度法通過斷層破碎帶的技術措施。

(2)針對8707綜采工作面頂板破碎，回采過程中支架頂梁前方出現了大面積片幫及冒頂情況，應用聚合材料馬麗散化學漿液注漿，加固工作面的破碎頂板，防止了頂板的再次冒落。

(3)根據現場觀測發現的工作面支架的漏液和損壞，以及支架的俯仰角、頂梁臺階和端面距等位態較差的現象，提出了相應的支架維護及管理措施。

(4)當工作面支架前探梁冒頂區和煤壁注漿加固完成后，工作面開始正?；夭刹⑦M行過斷層工藝調整，隨后進行現場監測發現，沒有再發生片深超過0.5m的片幫，工作面順利通過了斷層破碎帶，安全生產得到了保證。

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[責任編輯：鄒正立]