復雜條件下綜采工作面過大斷層方案探索與實踐

王吉文

（中煤新集能源股份有限公司劉莊煤礦，安徽 潁上 236215）

中煤新集劉莊煤礦171306（外）工作面地質條件極為復雜，工作面兩順槽在掘進期間揭露斷層較多。根據地質資料顯示，該工作面回采至580 m 時，膠帶順槽將進入FL14斷層及其次生構造影響區域，工作面回采較為困難，過斷層期間存在頂板片漏風險，托頂煤區域給工作面防滅火帶來一定難度，局部破煤層頂板砂巖回采時會造成工作面機電設備損壞等，給礦井安全生產及產量壓力帶來較大不利影響。為此，礦井積極探索出適合該工作面過大落差斷層的科學合理方案，對礦井的安全生產和緩解礦井的壓力具有十分重要意義。

1 概況

劉莊煤礦171306（外）工作面為1713（西翼）采區第四個回采工作面。該工作面西臨171305（里）工作面，東臨西三13-1 煤集中大巷，南臨171305（外）工作面及F6 斷層，北臨171306（里）工作面。工作面膠帶順槽可采傾向長約為1 118.8 m（平距），軌道順槽可采傾向長約為1 028.3 m（平距），切眼斜長約為317.4 m。工作面最小煤厚為4.67 m，最大煤厚為6.49 m，平均為5.50 m。

工作面總體為一單斜構造，煤層走向為310°～60°，傾向為30°～140°，傾角為4°～10°，平均傾角為5°。工作面兩順槽在掘進期間共揭露20 條斷層，均為正斷層，大于落差2.0 m 的斷層有 10 條，且以 FL13 斷層 (H=0～10 m)、FL14 斷層（H=6.5～7.0 m）、FL21 斷層（H=0～8.0 m）及 F8斷層（H=7.0～16.0 m）影響較大。其中FL14 斷層在軌道順槽和膠帶順槽均有揭露，貫穿整個工作面，對工作面回采影響較大。171306（外）工作面FL14斷層平面圖如圖1 所示。

2 影響因素分析

（1）工作面頂板管理難度較大。171306（外）工作面直接頂為砂質泥巖，平均厚1.47 m，基本頂為細砂巖，平均厚6.5 m。過斷層過程中為減少設備損壞，將盡量少破頂板砂巖，此時存在托頂煤回采現象，且工作面受地質構造影響，斷層面附近頂板較為破碎，工作面在割煤、移架過程中頂板漏冒現象時有發生。

（2）工作面跟煤回采十分困難。因該工作面FL14 斷層落差較大（達14 m），斷層下盤將破底托頂煤回采，過斷層面后將追煤回采，此時仰采角度較大，回采相對困難。

（3）工作面兩巷壓力顯現較為明顯。受地質構造及采動影響，工作面回采過程中兩巷超前支護段及外段巷道壓力顯現較為明顯，導致巷道底鼓、幫部位移及頂板下沉等多種現象發生，加大了兩巷管理難度，巷道維護工作量較大。

（4）過斷層期間機電設備損壞較嚴重。在過斷層期間，局部需破砂巖回采，或者大范圍破煤層底板泥巖，設備磨損將較嚴重，易產生大塊矸石，若破碎不及時，易對整個運輸系統造成破壞。

（5）采空區防滅火形勢嚴峻。13-1 煤層為容易自燃煤層，最短發火期為36 d，斷層落差較大，導致工作面推進速度較慢，且局部存在托頂煤回采，采空區內遺留部分煤炭易出現氧化反應，給工作面防滅火工作面帶來極大難度。

圖1 171306（外）工作面FL14 斷層平面圖

3 過斷層方案及措施

3.1 技術保障措施

3.1.1 制定切實可行的過斷層方案

（1）提前對斷層面（托煤頂區域）注漿加固

① 膠帶順槽托頂煤段施工淺部注漿孔79 個（孔深6～15 m），注水泥1318 袋；利用鉆場順層鉆孔注漿14 個孔，注水泥331 袋；采用鉆機施工深孔11 個（孔深40～170 m），注水泥277 袋；采用氣動鉆機施工中深孔10 個（孔深10～20 m），注水泥152 袋。

② 軌道順槽托頂煤段施工淺部注漿孔60 個（孔深6～15 m），注水泥760 袋；利用巷幫順層鉆孔注漿6 個孔，注水泥161 袋；采用鉆機施工深孔15 個，注水泥317 袋。

根據過斷層實際情況，兩端頭托頂煤段及工作面內可見鉆孔水泥柱，未出現大面積漏頂現象，預加固效果較為明顯。

（2）嚴格落實過斷層技術方案

① 為增加工作面與斷層走向夾角，減小斷層面對工作面影響范圍，工作面采取斜交斷層面過FL14斷層方法，提前對工作面進行調采，調采后機巷超前風巷26 m。

② 合理調整采煤機截割層位。過斷層前期，斷層落差較大，工作面回采過程中需破煤層頂板施工，為避免破砂巖，采煤機在通過斷層面前提前剎底。隨著斷層面向機尾移動，斷層落差減小，次生斷層增多，為確保一直跟斷層面上盤煤層，回采工作面采取超前抬高運輸機溜槽的方式，按照6°～15°仰角調整工作面運輸機坡度，確保合理回采。171306（外）工作面過斷層預想方案地質剖面圖如圖2 所示。

圖2 過斷層預想方案地質剖面圖（1:1000）

③ 過斷層期間，利用每天早班檢修時間對頂板破碎段頂板、煤壁注天固材料進行預加固，共注180 t，防止煤壁大面積超前片漏，效果較為明顯。

3.1.2 加強回采過程地質保障，動態優化回采方案

過斷層期間，為實時掌握工作面煤層層位及斷層影響情況，安排專門地質人員，以不超過2 d 的頻次現場實測回采剖面，并及時下發各相關領導、職能科室及施工單位。分管礦領導先后4 次組織相關工程技術人員分析地質資料，動態優化回采方案，并現場配備測量工具，隨時測量運輸機傾角及仰采角度，為快速順利通過斷層影響范圍提供了保障。

3.1.3 加強“一通三防”管控，做好防滅火管理

（1）在托頂煤段架間留設高壓管路并一直延伸，預防采空區內煤炭自燃，及時采取措施。

（2）堅持每天頂板遺煤段撒防滅火劑，隔絕煤層與氣體發生氧化。

（3）自膠帶順槽撥門口向里另增設一路直徑為Φ108 mm 法蘭盤管路，延接至11#鉆場；同時加強過斷層期間采空區CO 監控，采用鉆機在鉆場內施工防滅火鉆孔，做好注氮及注二氧化碳的準備。

3.2 機電設備保障措施

3.2.1 加強設備檢修及配件儲備

（1）區隊充分認識到支架完好狀況對工作面頂板管理起關鍵性作用，提前對不完好支架進行檢修，避免因支架不完好造成頂板片漏。過斷層前共計更換不完好支架大立柱14 根，護幫板油缸60 件，前梁油缸60 個，備足了支架高壓膠管、運輸機刮板、壓板等配件。

（2）通過分析地質資料，制定局部需破煤層砂巖頂板回采方案，過斷層前準備了充足的采煤機高強度截齒。

3.2.2 加強液壓系統檢修維護

加強“五泵三箱”液壓系統檢修維護，乳化液配比濃度及泵站壓力符合要求，保證支架初撐力滿足頂板支護要求，確保頂板支護安全有效。

3.3 現場管控措施

（1）嚴格執行現場跟帶班制度。

工作面過斷層期間，嚴格執行礦領導、職能科室及區隊三級管理人員跟帶班，并現場交接班，重點盯防不放心區域施工及回采方案落實，對工作面過斷層期間安全高效回采，起到了重要作用。

（2）嚴格控制支架拉移方式，減少空頂時間，及時加固，嚴防漏頂。

① 斷層影響區域，安排技能水平高、責任心強的老支架工操作支架；回采過程中超前采煤機前、后滾筒收、伸護幫板不超過2 架；移架時采取少降快移、帶壓移架，漏頂嚴重區域嚴格執行停機拉架制度。

② 頂板破碎易片掉區域，采取超前注天固材料預加固，在回采過程中，根據頂板情況，及時用錨網、半圓木、撞楔等備用料護頂防漏。

（3）靈活調整采煤機進刀方式，積極處理大塊矸石及鐵器雜物，確保運輸系統穩定可靠。

① 隨著工作面全巖段范圍增加，及時調整雙向進刀割煤為單向進刀割煤，即采煤機下行割矸石，下滾筒破巖石后大塊矸石直接進入系統，避免了原雙向進刀上行回采造成大塊矸石堵塞采煤機出料口現象，提高了回采效率。

② 過斷層破巖期間，下機頭、采煤機等處均準備有多部風鎬、大錘，對大塊矸石及時、快速破碎；對工作面頂板破碎段接頂木料、上下端頭錨桿（索）鐵器雜物，及時專人揀出，減少了運輸系統影響。

4 結論

（1）自膠帶順槽LJ9 點后36 m 從下機頭開始揭露FL14 斷層，逐漸向工作面機尾方向移動，回采至軌道順槽GD13 點前26 m 在上機尾消失，共影響工作面推進方向長度74 m，其中面內最大影響范圍210 m，較預期大幅好轉。

（2）自2 月29 日中班從下機頭揭露斷層，至4 月14 日夜班從上機尾消失，共影響45 d，其中3月份平均回采52 m，4 月份（1 日～14 日）平均回采22 m。

（3）通過積極探索科學合理的工作面過大落差斷層方案，工作面實現了過大落差斷層的安全回采，大大縮短了工作面過斷層影響時間，極大地緩解了礦壓產量壓力，給類似工作面的回采提供了很好的參考借鑒。