綜采工作面過斷層帶安全措施研究與應用

王曉波

（大同煤礦集團朔州煤電公司，山西 朔州 038300）

1 工程概述

小峪井田位于大同煤田中部的東南邊緣，目前回采煤層為5#煤層。5#煤層平均可采厚度為3.8m，屬較穩定煤層。4803工作面位于井田 南I盤區，工作面走向長度為1700m，傾向長度為210m，工作面平均煤層傾角為4°。工作面煤層直接頂以炭質泥巖為主，巖層不穩定，平均厚度為4.2m，回采后頂板垮落完全；直接底以粗砂巖為主，平均厚度為6.7m，巖石普氏系數f＞4.0，相對堅硬。4803工作面采用綜合機械化后退式回采工藝，截至目前工作面已回采650m。根據小峪煤礦4803工作面水文地質資料顯示，工作面回采至840m將揭露一條F0逆斷層，其中斷層平均落差為1.7m，斷層傾角為45°，如圖1所示。該斷層從4803回風順槽側預先揭露，在運輸順槽側消失，斷層最大落差為2.5m，最小落差為0.9m。小峪煤礦綜采工作面傳統過斷層的方法是強行割巖、帶壓過斷層，但是通過8224、8220等多個工作面采用該方法過斷層帶實踐總結發現，該方法過斷層帶時會出現頂板壓力加大、支架頂梁破壞嚴重、破巖量大等現象，不但降低了工作面回采速度，而且很容易造成工作面頂板超前垮落，甚至發生重大煤礦安全事故。對此朔州煤電公司生產技術部通過技術研究，分析了4803工作面采用傳統強行帶壓過斷層帶存在的難題，并根據實際情況提出了合理的安全生產技術措施，力求保證4803工作面安全順利過F0斷層。

2 傳統強行帶壓過F0斷層存在的難題

（1）由圖1所示，4803工作面在揭露F0斷層時推進方向為斷層下盤，由于F0為逆斷層，斷層下盤下移、上盤上移。4803工作面煤層直接頂以炭質泥巖為主，該巖石普氏系數f＜3.0，巖石脆性大，易破碎，若采用強行帶壓過斷層，受構造應力影響，工作面頂板極易垮落，縮短周期來壓及來壓步距，加大了工作面頂板維護難度。

圖1 4803工作面F0斷層剖面示意圖

（2）由于F0斷層平均落差為1.7m，當工作面進入斷層上盤帶時煤層頂板遺留厚度為1.7m煤層無法回采，煤炭損失量大，且在回采后頂板遺留煤炭在采空區很容易引發煤炭自燃，后期采空區管理困難。

（3）4803工作面進入上盤后需破底板巖石層，厚度達1.7m，由于底板主要以粗砂巖為主，巖石普氏系數f＞4.0，巖石硬度大，所以在破巖時對采煤機截齒及切割部損壞嚴重，同時巖石混入原煤中加大了選煤廠選煤難度，降低了原煤純度。

3 過F0斷層安全技術措施

3.1 過斷層回采方法優化

朔州煤電公司生產技術部通過對小峪煤礦傳統過斷層帶回采方法存在的不足進行分析研究后，決定4803工作面過F0斷層采用仰斜回采方法，具體施工方法如下：

（1）當4803工作面回采至距F0斷層20m處時開始仰斜開采，調整工作面液壓支架、采煤機角度破頂巖石層，仰斜角度為6°，同時提架預留底煤。

（2）當4803工作面回采至840m處（斷層帶）時，液壓支架頂梁處于F0斷層上盤煤體頂板處，此時及時降低支架及采煤機角度，使支架底座和頂梁完全處于工作面煤體頂板及底板處，然后采用近水平回采。

（3）由于4803工作面直接頂不穩定，在過斷層帶時該巖石層可能出現局部垮落現象，所以在工作面過F0斷層帶時必須采用撞楔超前支護對工作面頂板進行支護，具體施工方法如下：

①當工作面回采至835m時開始對工作面頂板施工撞楔超前支護，撞楔超前支護主要是由長度為5m鋼針組成，鋼針施工在工作面頂板處且與頂板成6°夾角，每排施工10根，間距為0.4m。

②當第一排鋼針施工完后開始進行回采，當工作面回采進度達3m時在頂板處施工第二排鋼針，第一排鋼針與第二排鋼針交錯布置，以此類推，直至工作面過斷層帶。

3.2 過斷層期間安全管理措施

（1）4803工作面回采至800m處時每班開工前必須對工作面施工鉆探孔，詳細掌握斷層基本情況，同時及時了解工作面頂板壓力、煤體有害氣體等情況。

（2）工作面在過斷層前50m應每班對頂板動態變化及頂板壓力變化進行觀察記錄，特別是對工作面周期來壓、來壓步距必須準確掌握相關參數。

（3）工作面在過斷層前以及過斷層期間，頂板受構造應力影響壓力加大，對支架頂梁破壞嚴重，所以必須加強對液壓支架檢修維護力度，定期對支架液壓系統、泵站壓力進行檢查，發現故障及時處理。

（4）工作面采用仰斜技術過斷層破碎帶時，由于底板預留底煤，在移架時必須采取措施防止液壓支架倒架、陷低事故發生。

（5）受F0斷層影響，工作面過斷層后煤層傾角加大，所以在后期回采期間必須對工作面支架、采煤機、刮板輸送機采取合理有效的防滑措施。

（6）為防止過斷層期間構造應力對頭尾順槽頂板穩定性影響，在過斷層前20m處對頭尾順槽應超前支護，超前距離為30m，可采用架設工字鋼棚進行維護。

4 結束語

大同煤礦集團朔州煤電公司生產技術部分析了小峪煤礦傳統過斷層方法存在的問題，并根據實際情況對4803工作面過F0斷層時提出了合理有效的回采方法及安全管理方法。實踐證明，采用仰斜技術過F0斷層徹底解決了強行帶壓過斷層時丟煤量大、機械設備損壞嚴重、頂板破碎難以維護等難題，保證了工作面安全順利過斷層帶，取得了顯著的經濟效益、安全效益。