回采工作面過地質構造帶技術研究

李君建

（山西正誠礦山安全技術研究所（有限公司）， 山西 太原 030006）

目前我國煤炭資源的開采狀況不容樂觀，由于開采強度大，一些年限較長的礦井淺部資源基本開采完畢，大部分已進入深部開采。由于開采條件復雜，工作面回采過程中會遇到復雜地質構造帶，如斷層、陷落柱、褶曲、破碎頂板等，如果不能及時處理，會影響礦井的正常回采進度，甚至會影響礦井安全。因此，對于工作面回采過程中安全、快速的通過地質構造帶，既能提高礦井的回采速率，又能對礦井的回采安全提供保障，也能給礦井有類似地質構造的工作面回采提供參考依據。

1 工作面概況

某礦1300工作面為首（一）采區首采工作面，位于采區南翼西側，西鄰八里莊斷層（H=90～180 m）、八里莊支四斷層（H=5～110 m），東側隔80 m煤柱與1300工作面泄水巷（即為1301工作面膠帶順槽）相鄰，北鄰采區軌道大巷，南鄰八里莊支四斷層（H=5～110 m）；地面標高+40.2 m～44.1 m，井下標高-845～-817 m，埋深約 850～890 m。

在工作面回采過程中共揭露斷層78條之多，其中有33條斷層的落差大于1 m，12條斷層的落差大約3 m，其中斷層FY15的落差達到13 m，為最大落差。工作面回采過程中斷層多切落差大，對工作面的回采正常回采造成巨大的影響。由于斷層的影響，斷層附近存在陷落柱，可能會成為導水通道，對礦井的防治水安全造成一定的影響。

2 構造帶對工作面回采影響機制

2.1 斷層對工作面回采影響機制

1300工作面地質構造復雜，斷層多且相互切割，呈星羅密布、縱橫交錯式結構。在縱向上整體穿透斷層的存在，破壞了地層的整體連續狀態，形成了“棋盤式”的構造格局。其中部分斷層延伸進工作面，延展較長。斷層的切割將一個整體連續的板塊，切割成多個破碎的板塊，斷層切割的邊界視為簡支梁。根據斷層在工作面外側的不同切割情況分為五種情況下的支承狀態，四邊簡支、三邊固支一邊簡支、兩臨邊固支兩臨邊簡支、兩對邊固支兩對邊簡支、一邊固支三邊簡支，如圖1所示。當工作面推進到斷層區域，特別是支承壓力高峰區域與斷層斷裂線高應力區域的疊加區域，在擾動等因素的誘發下，易于發生礦山壓力災害。

圖1 不同邊界條件下支承狀態示意圖

斷層切割頂板后工作面視為簡支邊界，簡支邊界解除了周邊的約束，失去了傳遞力的作用。當工作面推進到斷裂線位置時，頂板巖層施加在工作面與斷層間間煤柱重力明顯加劇，較易形成高應力集中，頂板的斷裂速度加快，垮落步距減小，頂板斷裂時釋放的能量大，容易出現強度較大的礦壓災害。

2.2 陷落柱對工作面回采影響機制

工作面回采過程中陷落柱容易引發突水事故，影響工作面的安全回采。采動影響會導致底板承受的水壓增大，而導水陷落柱更加深礦井發生突水的危險性，分布不規律，很難進行超前勘探，這一系列原因造成礦井易發生突水事故。陷落柱往往存在水壓高、水量大、爆發迅速、破壞性大等特點，工作面底板的水通過陷落柱作為傳遞水的媒介，通過陷落柱將底板奧灰水傳遞到工作面，造成突水災害。其突水機理如圖2所示。

圖2 工作面陷落柱突水機理示意圖

3 工作面過地質構造帶研究

回采工作面回采過程中遇到地質構造，應該根據不同構造的特點，具體拿出過地質構造的方案。1300工作面回采過程中存在斷層、陷落柱形成的地質構造帶，如果斷層落差小，可以采用煤機直接推采的方式回采。但是當斷層落差大時，巖層強度高，不能用煤機直接推采時，應當采用爆破技術進行工作面向前推采，爆破后應及時進行支護、卸壓并防治工作面出現突水。

3.1 爆破回采技術

1300工作面過地質構造帶時，由于頂底板巖層強度高，采煤機截割困難時，采用爆破破巖、采煤機掃矸石的方式推采。由專業人員分析巖層的軟硬區域，預計爆破鉆孔位置、數量以及裝藥量，并制定詳細的作業規程。根據巖層的不同厚度和強度布置不同的爆破鉆孔。當巖層厚度小于1 m時，炮眼采用單排眼布置，炮眼間距1 m，炮眼深度1.3 m；當巖層厚度大于1 m而小于2.5 m時，炮眼采用雙排三花眼布置，炮眼間距1 m，炮眼深度1.3 m，采用正向裝藥。每次起爆的長度單排眼不超過15 m；三花眼不超過10 m。爆破后及時采用煤機進行掃矸，以免大矸石卡柱煤機影響工作面運輸。

3.2 支護技術

在1300工作面過構造帶回采時，由于構造的影響，工作面頂板易破碎，尤其是兩端頭區域頂板的支護成為了一項難題。如果不及時進行支護，則破碎的煤層及巖石會導致端面片幫事故的發生，造成頂板的整體的垮落，影響回采進度。因此，對于工作面過地質構造帶時，應當及時對工作面破碎頂板和片幫煤壁進行支護。

1）加強工作面頂板和兩幫的支護強度。1300工作面回采過程中過地質構造帶時，對于破碎的頂板應當及時進行支護，采用先移架在推刮板輸送機的方式進行及時支護。如果工作面片幫深度超過0.8m時，可以采用超前支護的方式防止破碎的巖石進一步破壞。在工作面移架過程中讓支架保持足夠的壓力，不要出現空頂的現象。

2）加快工作面推進速度。1300工作面回采過程中過地質構造帶時，應當加快工作面的推進速度，使得頂板破碎巖石懸露的時間短，避免頂板巖石進一步破壞，造成支護困難。

3.3 卸壓技術

工作面回采過地質構造帶切眼擴巷期間，煤炮發生頻率較高，特別是切眼斷層分布豐富，具有發生沖擊地壓危險性，因此1300工作面切眼擴幫時，也需要采取“先打眼放炮后擴巷”的沖擊地壓防治措施。如圖3所示。

圖3 切眼擴巷爆破鉆孔示意圖（m）

在距離膠帶順槽10～15 m處的切眼，開始布置爆破松動鉆孔，鉆孔間距10 m，孔徑42 mm，鉆孔距離底板1.2～1.5 m，裝藥量1.2 m左右，其余段最好全部用黃泥封孔；進行“先單孔爆破，后擴巷，循環進行”的沖擊地壓防治措施。

3.4 防突水技術

1300工作面回采過程回采過程過地質構造帶，采用超高密度電法探測技術和地質雷達探測技術進行突水探測探測，對探測到的危險區域采用鉆探技術進行驗證，從而確定該工作面富水危險區域。

對工作面回采過地質構造帶探測到的富水危險區域工作面采用疏水降壓的防治措施，其鉆孔布置示意圖如圖4所示。共布置7組鉆孔，每組鉆孔3個，累計施工21個鉆孔，鉆探進尺1 688.4 m。工作面疏水降壓后進行注漿改造，采用擴散半徑為20 m左右的注漿液，而在斷層或者陷落柱等地質構造周圍采用擴散半徑為15 m的注漿液。

圖4 疏水降壓鉆孔布置示意圖

4 結論

1）以某礦1300工作面為研究對象，分析了工作面回采過地質構造帶時斷層、陷落柱等影響機制，由于地質構造帶的因素，工作面回采期間易發生礦壓或突水災害。

2）對回采工作面過地質構造帶技術研究，采用爆破破巖技術進行工作回采，并及時強化工作面支護以及加快推進速度、先打眼放炮后擴巷卸壓技術以及疏水降壓和注漿加固防突水，避免工作面過地質構造帶時出現安全事故，保障工作面安全回采。