復雜地質條件下急傾斜綜合機械化工作面過斷層開采技術研究與應用

周川 易磊磊 董明

【摘? 要】針對復雜地質條件下急傾斜綜合機械化開采過程中過斷層的難題，結合太平煤礦32241綜采工作面，通過對煤體先硬化后開幫主動支護的方式實現了安全開采，對我國急傾斜煤層回采過斷層提供了一定的借鑒。

【關鍵詞】復雜地質;急傾斜;綜采;過斷層

太平煤礦近些年綜合機械化開采水平大幅度提高，由于礦井地質條件復雜，急傾斜、斷層多、地質構造多變，為解決復合型煤層過斷層開采難題，我礦通過對煤體固化，煤幫超前支護、主動支護等方式成功解決了急傾斜煤層綜合機械化開采過斷層的難題。

1 工作面概況

1.1 工作面地質條件

（1）32241工作面走向長度約1236m，工作面斜長為68～108m，平均斜長82m，煤層傾角：27°～53°。該煤層結構復雜，分上下兩層（斷層變化帶內為三層），煤層總厚度為1.31m—4.22m，平均厚度為2.95m，煤層能利用平均厚度為1.36m，上煤分層平均厚度為0.08m;下煤層厚度為0.50—2.10m，平均厚度為1.36m，煤層能利用厚度為1.19m;兩煤層夾矸厚度變化較大，厚度為0.15—2.75m，平均厚度為1.51m，其巖性為粉砂質泥巖、粉砂質泥巖夾煤線、泥質粉砂巖。煤層直接頂為粉砂巖，厚度：1.0m，灰黑色，薄層狀。其中煤層普氏硬度為1

（2）工作面開采區域內有S12向斜、B11背斜構造和F24-1斷層、二層頂四處;回風巷在E31#點后6.5m及運輸巷E36#點后17m各揭露一變薄帶，煤厚小于1.5m。其中斷層和兩處褶皺構造附近壓力較集中，頂板裂隙較發育。從回采地質說明書來看，二層頂及變薄帶將沿煤層傾斜方向貫穿于整個回采工作面，以上地質構造變化對工作面回采均有較大影響。

（3）工作面存在F24-1斷層：該斷層為一逆斷層，產狀為：126°∠52°，斷距5.5m。該斷層自運輸巷延伸至回風巷，與工作面布置呈斜交趨勢。斷層影響范圍內煤層厚度變化較大且架頭煤壁壓力顯現，時有片幫情況，對工作面回采有較大影響。

1.2 工作面三機配套情況

（1）頂板支護

該工作面機采段采用ZY3400/18/42Q型兩柱掩護式液壓支架支護頂板，支架支撐高度1.8m～4.2m，配有架間擋矸板、調底缸和防滑缸。

（2）落煤方式

選用MG300/720-AWD型雙滾筒采煤機截割落煤，滾筒截深0.6m，采煤機機身安有可伸縮液壓擋煤板，最大截割高度3.9m，最小行機高度2.2m。

（3）裝煤方式

裝有SGZ730/200型可彎曲刮板運輸機鏟煤板聯合采煤機裝煤。

2 回采過斷層需解決的技術難題：

2.1 采高控制

根據該工作面回采地質說明書及現場勘查實際，該斷層影響范圍內煤層厚度為1.8m～9.5m，平均7.8m，而工作面三機配套情況決定了工作面機采段可控采高范圍為2.2m～3.8m，同時斷層影響范圍內的煤層厚度隨工作面走向推進變化較快，導致刮板運輸機起伏、支架失穩、煤壁片幫和架間竄矸，極不利于作業人員安全和三機狀態管理。

2.2 片幫漏頂

結合斷層產狀及工作面布置方式，隨著工作面的走向推進，斷層內的煤層呈現先變厚后變薄的趨勢，且煤質較軟、局部壓力集中，加上受該斷層的影響，工作面回采進度嚴重受阻，以上各種因素致使工作面煤壁嚴重片幫，進而極易導致架前冒頂。

2.3 防飛擋矸

雖然工作面安設了專用防飛擋矸設施（傾向架前擋矸板、擋矸網、擋矸膠皮，走向架間擋矸板、擋矸膠皮），但由于斷層影響范圍內煤層厚度及坡度變化較大（35°～49°），煤壁片幫、架間竄塊給工作面防飛擋矸提措施出了不小的考驗。

3 過斷層針對性技術研究與應用

根據斷層影響范圍內煤層變厚、煤質變軟、斷層不斷上延和工作面實際開采情況，前期采取逐步提架、提溜的方式進行過渡，對于工作面支架采高超高段采取沿煤層底板回采，同時對支架上覆煤炭及機道煤幫進行注漿（MP364）預加固，而后超前開幫、打設錨網、錨索護頂、護幫的的方式進行回采。

3.1 調架提溜

回采過斷層前期，針對該工作面煤層厚度變化頻繁的實際，采取提前調架提溜的方式緩解了工作面過斷層的難度。

3.2 煤體加固

根據工作面斷層變化情況以及工作面現場實際情況，綜合考慮選用煤礦安全技術產品：巴斯夫公司“美固MP364”對斷層內采高超高段進行注膠超前加固，得到了顯著效果。

（1）美固MP364加固機理其相對于傳統護幫工藝有如下特點：

①工藝簡單，操作方便。注漿材料運送方便，注漿設備體積小、重量輕，只需要兩人即可操作。原材料1∶1體積比混合，操作簡單易行，準備工作量小。

②安全性高。注漿使用壓風為動力源，避免電氣設備易產生失爆所帶來的危害。

③作用時間快。注漿材料在很短時間即可反應，發揮加固、支撐、密封作用。

④滲透性好。在高壓條件下注漿，低粘度的化學漿液可滲入0.14mm以上微小裂隙，有效地防止氣和水的流動和滲透，封堵效果好。

（2）煤體加固方案

根據MP364的相關特性、結合煤層賦存情況和發育程度，采取在斷層變化帶內架前煤幫靠近支架頂梁下方0.5m處沿煤層傾斜方向自上而下每隔6.0m布置一個注漿鉆孔（孔深4.0m，仰角5～10°）對架前煤壁和支架上覆煤巖進行加固。

3.3超前護頂

待煤體內漿液凝固且達到最佳抗壓強度后，對注漿段內煤幫采取自上而下爆破開幫并用打設錨網（錨索）的聯合支護的方式進行超前支護。

（1）開幫參數確定

煤體及上覆煤層進行預加固后根據煤體內漿液擴散情況及煤層抗壓狀況確定開幫規格，結合該煤層實際注漿情況，確定注漿段開幫寬度為4.0m，循環進度為0.8m，高度自支架前探梁而下不高于2.5m，這樣既支護了架頭煤壁和上方煤巖，又減少了開幫工程量，同時避免后期走架時架間出現較大落差導致支架失穩、架間竄矸傷人的風險。

（2）支護方式

結合工作面現場煤體加固情況及斷層變化帶內煤層的變化實際情況，采用錨網索（桿）交叉打設對開幫內的上覆煤巖進行支護，錨索規格為7.25m和5.25m（確保錨索錨入穩定巖層不小于1.5m），錨桿為2.4m強力錨桿，支護規格為間距×排距：1.0m×0.8m，這樣在確保支護質量的前提下既節約了支護成本又降低了人工強度。

4 結論

斷層變化帶地質構造對綜合機械化開采帶來了較大的困難，尤其是復雜地質條件下急傾斜綜合機械化開采過程中，過斷層對于綜采工作面三機管控及作業要求都較高，以上方法結合新型注漿、護幫工藝既解決了采高變化大易導致支架失穩的難題，也化解了斷層壓力集中易造成架頭片冒的危險。為類似的回采方法及工藝提供了參考經驗。

（作者單位：攀煤（集團）公司太平煤礦）