綜采工作面過斷層期間的安全技術措施

張 鵬

（陽泉煤業集團長溝煤礦有限責任公司，山西 晉中 030600）

1 概述

陽泉煤業集團長溝煤礦有限責任公司15113 工作面位于一采區，工作面東部緊鄰15111 采空區，南部為和順縣正邦良順煤業有限公司（礦界），西部緊鄰15115 采空區，北部為南回風大巷。

15113 工作面切巷設計長度為161m，工作面可采長度為1137m。15113 工作面回采煤層為15#煤層，煤層賦存穩定，結構簡單。煤層總厚度最大5.19m，最小4.97m，平均煤厚5.1m。煤層傾角1°～14°，局部坡度較大，平均傾角為5.5°。煤層節理比較發育，煤質較軟。煤層中伴生有夾矸和黃鐵礦結核，分布極不規律。15113 工作面采用單一走向長壁后退式綜合機械化低位放頂煤采煤法，采煤高度為2.6m，放煤高度為2.5m。工作面推進到距切眼350m 時，15113 回風巷揭露一條逆斷層F1，落差1.5m，傾角為42°。斷層逐漸向工作面北西方向延伸，影響回采長度達50m。工作面回采至345m 處時，從尾部端頭支架往頭部方向45m 范圍內工作面煤壁出現破碎現象，對回采造成較大影響。

2 仰斜回采工藝應用

2.1 回采方案確定

15113 工作面回采至350m 揭露F1 斷層，距停采距離還有110m。由于F1 斷層落差為1.5m，對工作面回采影響較大，研究制定了三種過F1 斷層回采方案：

（1）直接回采法

15113 工作面采用放頂煤回采工藝，放煤高度2.5m。F1 斷層延伸工作面后造成前方煤體上升，直接回采時位于工作面北部沿15#煤層底板進行回采，底板主要以炭質泥巖及粗砂巖為主，回采至100m處過斷層，直至回采至停采處。采用直接回采法過F1 斷層時雖然破巖難度小，便于工作面管理，但是位于斷層處煤層上升后在放煤時出現放煤不到位，遺留頂煤厚度為1 ～2m，造成采空區遺煤量大，降低回采量。

（2）縮面法

工作面回采至350m 揭露斷層后及時停采，在工作面前方施工回撤通道，并進行搬家回撤。采用該方法可有效避免斷層對回采施工影響，但是增加了停采煤柱寬度，減少了工作面煤柱回采量達17.4萬t，煤柱損失嚴重。

（3）仰斜回采法

工作面揭露斷層后以設計仰角進行回采，確保工作面過斷層后能夠沿上盤煤層底板進行回采，從而減少了煤柱損失，但是需破上盤煤層局部底巖。

綜上所述，為了提高工作面煤層回采量，保證工作面安全過斷層，決定采用仰斜法回采工藝。

2.2 仰斜回采工藝

（1）工作面從頭部進行斜切進刀，當工作面回采至105m 處揭露斷層時及時對工作面進行偽斜調整并及時進行移架，確保工作面平直。

（2）工作面偽斜調整完成，抬高采煤機前滾筒割煤高度。工作面每回采1.0m 采煤機滾筒抬高0.1m，保證采煤機仰斜割煤角度控制在5°～8°范圍內。由于采煤機仰斜割煤時需留斷層上盤底巖，在前5m 范圍內仰斜回采時底巖厚度小，底巖破碎相對嚴重，在底巖上方鋪設木枕輔助采煤機仰斜割煤，可防止采煤機陷底現象。

（3）工作面回采15m 后揭露斷層上盤煤層底板，此時及時調整采煤機仰斜角，使采煤機逐漸進行近水平煤層回采，如圖1 所示。當底巖硬度高，采煤機破底巖難度大時，可采用松動爆破輔助采煤機破巖。

圖1 15113 工作面仰斜回采過F1 斷層剖面示意圖

3 過斷層頂板控制技術

為了防止工作面過斷層時頂板出現破碎、煤壁片幫現象，過斷層期間采取“波雷因注漿加固+礦工鋼棚”聯合頂板控制措施。

3.1 波雷因注漿加固

（1）為了提高斷層帶煤體加固效果，決定采用波雷因注漿材料加固。波雷因屬于高效改性聚亞胺樹脂材料，主要由多異氰酸酯、羥基化合物、催化劑、助溶劑、發泡劑等混合而成。與馬麗散相比，波雷因注漿材料對裂隙滲透能力更強，粘接效果好，粘接后的煤巖體強度是馬麗散粘接后煤巖體強度的1.5 倍左右。

（2）在F1 斷層前10m 以及斷層后15m 范圍內對煤層回采頂板施工注漿鉆孔。鉆孔施工在距頂板1.0m 煤壁處，鉆孔間距為3.0m，深度為5.0m，鉆孔與頂板仰角為45°。

（3）鉆孔施工完后采用 QB-35 型高壓雙液注漿泵依次對鉆孔注入波雷因化學材料，注漿前需采用膨脹水泥對鉆孔進行封孔處理，封孔長度為0.6m。在注漿時當煤體出現漿液滲透時立即停止注漿。注漿2h 后工作面方可繼續回采，每回采5.0～8m 后進行一次注漿施工。

3.2 礦工鋼棚施工

為了防止采煤機仰斜回采時頂板出現局部冒落現象，保證支架在仰斜頂板處具有足夠的工作阻力，決定在仰斜頂板處施工礦工鋼棚并安裝水泥背板。

（1）每架礦工鋼棚長度為2.0m，主要由一根長度為2.0m 礦用11#工字鋼以及兩根長度為5.0m預應力鋼絞線組成。水泥背板每塊長度為1.2m，寬度為0.3m。

（2）當采煤機第一刀仰斜回采后，及時在仰斜頂板施工礦工鋼棚，礦工鋼棚與煤壁垂直布置。礦工鋼棚施工后保證鋼棚面與仰斜頂板間距為0.2m，礦工鋼棚施工間距為1.0m，每組共計施工20 架。如圖2 所示。

圖2 15113 工作面仰斜回采頂板支護斷面示意圖

（3）礦工鋼棚安裝后，在鋼棚上方依次密集鋪設水泥背板，水泥背板鋪設后采用打壓千斤對鋼棚進行預緊，保證水泥背板與仰斜頂板接觸嚴實。工作面每回采2 ～3m 后施工一組礦工鋼棚。

3.3 安全措施

（1）放了防止過斷層時出現大面積片幫現象，過斷層期間應嚴格控制采煤機截割深度，單茬割煤進度控制在0.5m 左右。同時在過斷層期間采用分段式移架方式，減小斷層處頂板空頂時間，降低端面破碎現象。

（2）為了防止在仰斜回采移架時出現支架倒架、傾架等現象，仰斜移架時需對液壓支架采取防倒架措施，可采用戧木柱、安裝絞車拉緊等措施。

（3）在過斷層期間由于受構造應力影響工作面煤壁出現片幫現象，若片幫深度大于1.0m 時，應對煤壁采取有效防護措施，如鋪設聚酯纖維網、施工玻璃鋼護幫錨桿等。

4 結束語

（1）對15113 工作面F1 斷層帶處采取波雷因化學材料加固后，破碎帶煤體抗壓強度由原來的不足7MPa，提高至29MPa。與傳統馬麗散注漿相比，該材料滲透能力及粘合能力強，對沙粒狀破碎煤巖體粘接效果好，具有較強的適用性。

（2）通過對仰斜回采頂板施工礦工鋼棚，解決了仰斜回采時頂板平整度低、支架接頂難度大、頂板破碎嚴重等技術難題，保證了液壓支架在仰斜回采時初撐力及工作阻力，防止了頂板冒落現象。