綜采工作面過斷層施工工藝研究應用

張嘉安

（大同煤礦集團有限責任公司，山西 大同 037001）

綜采工作面在回采過程中經常遇斷層、陷落柱、煌斑巖等地質構造，若不采取合理有效回采工藝及安全技術措施，不僅減少了煤柱回采量，降低了工作面回采效率，還加大了設備損壞率，而且很容易發生頂板垮落等事故。本文以大同煤礦集團雁崖煤業公司三盤區8302工作面為例，對工作面過斷層期間提出了合理有效的快速回采工藝及安全措施。

1 概 述

大同煤礦集團雁崖煤業有限公司8302工作面位于井田三盤區，工作面走向長度為1200m，傾向長度為220m，回采煤層為二疊紀下統山西組4#煤層，平均厚度為3.5m。煤層無偽頂，直接頂主要以粉砂巖為主，平均厚度為3.2m，基本頂主要以粗砂巖為主，平均厚度為9.2m。8302工作面采用綜合機械化回采工藝，截至目前已回采470m。

地測科提供資料顯示，8302工作面回采至462m處位于回風順槽13#導線點處揭露一條F3逆斷層，落差為1.7m，傾角為47°，斷層與工作面夾角為18°。F3斷層從回風順槽向工作面內延伸，影響傾向長度為57m，走向長度為64m，斷層巖體主要以粉砂巖及泥巖混合巖體為主，巖體普氏系數f=4.5，硬度大，且巖體粘結強度高，破碎難度大。

2 以往工作面過斷層回采工藝及問題分析

2.1 以往回采工藝

以往綜采工作面在揭露斷層后，多采用松動爆破與采煤機割煤聯合過斷層施工工藝，具體回采方法如下：

（1）工作面完全揭露斷層后在斷層上盤巖體布置松動爆破孔，孔深為1.0m，直徑為42mm，炮孔垂直工作面煤壁布置。共計布置兩排炮孔，炮孔間距為1.0m，第一排炮孔距頂板間距為0.3m，鉆孔間距為2.0m，如圖1所示。

（2）爆破鉆孔施工完后，依次向鉆孔內填裝礦用乳化炸藥及毫秒延期電雷管，每個炮孔裝藥量為300g，炮孔采用水泡泥封孔處理，封孔長度不得低于0.5m，煤層允許爆破炮孔數量為3個。

（3）斷層上盤巖體松動爆破完成后，采用采煤機進行割底煤機破頂巖，單刀割煤深度為0.5m，當工作面割兩刀循環完成后繼續在斷層巖體施工炮孔并進行松動爆破施工，依次類推直至工作面完全過斷層帶。

圖1 8302工作面強行過F3斷層炮孔布置示意圖

2.2 問題分析

（1）回采效率低。根據現場觀察發現，每次爆破需施工40～50個炮孔，鉆孔施工時間達3h，爆破時間為0.8h，按三八工作制每天工作面僅可進行三次爆破施工，工作面回采進度最多3.0m/d，回采速度慢，效率低。

（2）破巖量大，機械設備損壞率高。由于F3斷層巖體主要以粉砂巖及泥巖混合巖體為主，巖體硬度大，雖然采用松動爆破對巖體進行預裂，采煤機破巖量仍然較大，巖體對采煤機滾筒損壞嚴重。8302工作面前期采用該方法過斷層時，共計更換滾筒截齒72個，損壞滾筒一個，設備成本費用達87萬元。

（3）減少了煤柱回采量。由于F3斷層對工作面走向影響長度為64m，采用爆破與采煤機強行過斷層回采工藝時預留底煤量達1.2萬t，減少了工作面煤柱回采量，減少煤礦經濟效益達300余萬元。同時4#煤層屬于高瓦斯且易自燃煤層，強行過斷層時加大了采空區遺煤量，工作面回采期間很容易造成采空區瓦斯超限、煤層自燃現象，威脅工作面安全回采。

3 旋轉仰斜法過斷層回采工藝研究

3.1 旋轉回采調面法

為了提高8302工作面過斷層期間煤柱回采量，減少破巖量，通過技術研究決定，當工作面尾端距斷層5.0m處時采用旋轉回采法對工作面進行調面，使回采面與斷層面平行。

（1）8302工作面安裝型號為GXW59刮板輸送機，該輸送機最大允許彎曲角度為1.5°，采煤機割煤深度為0.8m，所以每隔一刀煤刮板輸送機允許移動直線距離工作面液壓支架寬度為1.75m，在允許移溜子范圍內安裝支架數N=30.7/1.75=18，8302工作面共計安裝132個支架，所以旋轉回采等分數m=132/18=7。

（2）以工作面尾端132#支架為第一個旋轉點，第二旋轉點為114#支架，第三旋轉點為96#支架，第四旋轉點為78#支架，第五旋轉點為60#支架，第六旋轉點為42#支架，第七旋轉點為24#支架，第八旋轉點為4#支架。

（3）旋轉回采前首先將煤壁調直，將采煤機移至114#支架處并向尾部斜切進刀，深度為0.8m，工作面下行回采至尾部后空刀返回至96#支架處，然后依次前移114#～132#支架之間刮板輸送機并進行移架。

（4）從96#支架繼續向尾部下行割煤，割煤至尾部后上行空刀返回至78#支架，然后前移96#～132#支架之間刮板輸送機，依次類推直至采煤機空刀返回至4#支架。在此期間共計短刀割煤6刀，長刀割煤1刀，一個循環工作面旋轉回采進度為5.6m。

（5）由于F3斷層與工作面夾角為18°，當工作面尾端揭露斷層后需繼續回采17.6m方可完全揭露斷層，所以工作面旋轉回采3刀后即可將工作面調斜，且與斷層面平行。

3.2 俯斜法回采工藝

當工作面旋轉回采后且工作面完全揭露F3斷層后，為了提高斷層上盤煤柱回采量及提高俯斜回采時減少斷層巖體破巖量，減少采空區遺煤量，決定留頂煤破底巖進行俯斜回采過F3斷層。

（1）工作面從頭部向尾部下行割煤至距F3斷層14m處時，調整采煤機切割角度，使采煤機以7°俯角下山回采，如圖2所示。

（2）當采煤機下山回采至斷層處時揭露斷層上盤煤層頂板，此時及時調整采煤機回采角度進行進水平煤層回采，依次類推直至工作面完全過斷層帶。

（3）工作面在俯斜回采時，嚴格控制采煤機截割深度在0.5m范圍內，割煤完成后及時進行帶壓擦頂移架。

（4）由于下山回采時需預留斷層下盤頂煤，頂煤厚度為0～1.7m，受煤層結構及穩定性影響，頂煤預留難度大，很容易造成頂板垮落事故。針對這種情況，決定采用注漿、撞楔超前支護進行頂煤維護：① 下山回采期間在頂煤位置施工一排注漿鉆孔，鉆孔深度為3.0m，鉆孔俯角為7°，間距為2.0m，鉆孔施工完后采用高壓注漿泵向鉆孔內注射聚氨酯粘合劑，注漿壓力為1.2MPa；② 注漿完成后，在下山回采設計頂板位置施工一排撞楔超前支護，支護體主要為長度3.0m、直徑30mm的鋼針，鋼針間距為0.5m，超前支護排距為2.0m，相鄰兩排超前支護疊加交錯布置。

圖2 8302工作面俯斜法過F3斷層剖面示意圖

4 結束語

（1）采用旋轉回采法使工作面與斷面平行，減少了揭露斷層期間破巖量，降低了機械設備故障率。8302工作面在后期過斷層期間共計更換采煤機截割齒25個，未發生滾筒損壞事故，與傳統回采工藝相比可節約設備維修費用達57萬元。

（2）采用預留頂煤破底巖俯斜回采工藝，減少了斷層下盤巖體破巖量4728m3，增加煤柱回采量9.2t，減少了采空區遺煤量，避免了采空區煤層自燃、瓦斯涌出超限的事故。與傳統強行過斷層回采工藝相比，該方法過斷層時可使回采效率提高至6.5m/d，提前9d過斷層。

（3）工作面俯斜回采時對頂煤采取注漿后，提高了破碎頂煤膠結穩定性，使煤體單軸抗壓強度由原來的17.8MPa提高至56MPa，防止頂板垮落事故發生。同時采用撞楔超前支護可對頂煤進行超前維護，保證工作面液壓支架初撐力及工作阻力，提高了支架支護效果。