8105 綜采工作面過斷層綜合技術研究

馬智慧

（晉能控股煤業集團朔州煤電園區建設管理公司，山西 朔州 036000）

1 概況

新村煤業8105 工作面為綜采工作面，主采3#煤層，平均煤厚3.2 m，平均傾角3°，工作面走向長1500 m，傾向長230 m。工作面基本頂為平均厚度29 m 的砂巖，直接頂為平均厚度2.4 m 的泥巖，直接底為平均厚度4.9 m 的泥巖及高嶺質巖，屬于近水平開采。8105 綜采工作面于切眼向外1321 m處揭露斷層，影響范圍為切眼向外1321～1390 m 處。大斷層平剖面圖如圖1。

2 過斷層技術應用

2.1 頂板管理與支護強化

2.1.1 2105 巷支護強化技術

2105 巷位于工作面東側，巷道周圍均為未開采煤巖體。在工作面回采至斷層影響范圍時，實時觀察巷道頂板應力狀況，斷層影響范圍內的原巷道支護材料不得回收，在工作面回采至切眼向外1311～1340 m 處時，需對巷道支護進行強化加固，保證工作面回采時巷道的穩定性。在2105 巷內進行懸吊工字鋼梁、打設井字形木垛、填充抗壓材料羅克休以及噴漿加固等方式構筑人工假頂[1-2]。

巷道支護強化布置及支護參數如圖2。首先采用腳手架及Ф50 mm×6 m 的鋼管打設施工平臺，在巷道頂板打設錨索進行工字鋼梁橫向懸掛；然后采用Ф18 mm×1.2 m 螺紋錨桿穩固工字鋼梁，并采用鋼筋網對懸掛工字鋼進行鋪設扎連，隨后打設井字形木垛，填充抗壓材料羅克休；最后進行噴漿封閉。在進行巷道支護強化時需要注意不得阻礙巷道通風。

2.1.2 5105 巷加強頂板管理

5105 巷位于工作面西側，臨近2103 采空區。當工作面回采至斷層影響范圍時，要嚴密觀察巷道頂板變形情況，若出現明顯裂縫或破碎現象，在巷道近采空區側巷幫距底板2 m 處打設一排錨桿進行支護，同時在距切眼1370～1410 m 處以間距3.2 m、排距2 m 補打錨索，錨索采用Ф17.8 mm×8 m、Ф17.8 mm×7 m、Ф17.8 mm×6 m型號錨索各一根，呈品字形打設。補充打設錨索布置圖如圖3。

圖1 大斷層平剖面圖

圖2 巷道支護強化布置及參數

圖3 補充打設錨索布置圖

2.1.3 支架機道寬度調整

工作面回采至斷層影響范圍時，切眼內45#支架至56#支架之間將會受斷層影響，頂板破碎較為嚴重。為了保證工作面生產時頂板安全，將45#支架至56#支架之間的支架機道調整為2 m，采用追機帶壓移架的作業方法壓縮空頂范圍及空頂時間，確保工作面過斷層時的安全生產[3-4]。

2.2 采煤工藝優化

2.2.1 偽斜調整

為在工作面過斷層時減少其對工作面回采安全的影響，同時降低采煤的含矸量，結合工作面內綜采設備性能參數及地質條件，在工作面回采至過斷層時，機頭端推進速度與機尾端推進速度調整為3:1，直至工作面頭尾推進距離相差15 m 時頭尾同步推進，使工作面過斷層時與斷層間的夾角達到19°。當工作面回采通過斷層后，機頭機尾按1:5的推進速度調整，最終達到工作面頭尾相對平齊[5-6]。

2.2.2 仰斜破頂過斷層

根據8105 工作面地質資料及巷道實際條件，切眼向外1330～1390 m 為上坡段，刮板機在垂向上可彎折角度在±3°之間，所以，工作面在回采時需要保證機頭至機尾之間保持坡度平緩。8105 工作面在過斷層時，可從工作面機頭端直接破頂，工作面中部以及尾部平緩推進，當機尾端最后40 架揭露斷層后，由機尾端再次破頂推進，直到工作面推過斷層。工作面整個過斷層推進流程以割三刀為一個循環，每循環斜上割兩刀，平割一刀，可使工作面破頂0.2 m，經過25 個循環共計75 刀后，共計破頂5 m。期間，工作面采高保持在3.5 m，至工作面回采至切眼向外1390 m 處，順利通過斷層。仰斜破頂過斷層示意圖如圖4。

圖4 工作面仰斜破頂過斷層

2.2.3 推進方式優化

8105 工作面內揭露的斷層上盤巖性為細砂巖，特征呈白色，下盤巖性為砂質泥巖，特征呈深灰色。斷層上盤細砂巖厚度在108 架至132 架之間范圍較厚，均厚2 m，其余都在0.6 m 以下。斷層下盤為砂質泥巖，巖性較為松軟，易切割。為使巖石粒度降低，采煤機開動率提升，將原雙向采煤方式調整為單向采煤，同時減小割煤深度并隨機帶壓移架，采煤機上行割頂煤，下行清浮煤，采煤機平均每日更換截齒率僅為10%，較之通過放炮破巖時的成本大幅降低，而且還保證了工作面回采時的效率及安全。

2.3 巖層預裂技術

工作面在推進過程中，當揭露的白色細砂巖厚度超過1.4 m 時，可采用巖層預裂技術對揭露巖層進行預破碎。由于新村煤業在此之前沒有應用巖層預裂技術的先例，因此沒有經驗數據可供參考。為了保證巖層預裂技術能夠達到預想效果，綜合考慮巖層特性、綜采設備性能及采煤工藝，制定兩套巖層預裂方案。當對細砂巖進行巖層預裂時，設計預裂孔徑為42 mm，孔深為2.4 m；對砂質泥巖進行巖層預裂時，設計預裂孔徑為42 mm，孔深為1.6 m。巖層預裂方案如下：

（1）當揭露的細砂巖厚度為0.6～0.8 m 時，在揭露巖層上打設一排預裂鉆孔，0.5 m 孔距，單排布置；揭露的細砂巖巖層厚度為0.9～1.4 m 時，在揭露巖層上打設兩排預裂鉆孔，0.5 m 孔距，品字形布置；揭露的細砂巖巖層厚度為1.5～2.6 m 時，在揭露巖層上打設三排預裂鉆孔，頂底板1 m 孔距，五花型布置。頂板下預裂孔鉆以20°仰角打設，中間預裂孔垂直巖層打設，底板上預裂孔以10°俯角打設。砂質泥巖揭露部分打設單排預裂孔，0.8 m孔距布置。

（2）方案2 預裂孔布置方式與方案1 相同，在方案1 的基礎上，適當調整預裂孔孔距。當揭露的細砂巖巖層厚度為0.6～0.8 m 時，預裂孔間距調整為0.3 m；揭露的細砂巖巖層厚度為0.9～1.4 m 時，預裂孔間距調整為0.35 m；揭露的細砂巖巖層厚度為1.5～2.6 m 時，頂底板孔距調整為0.7 m，并根據巖層的完整情況適當縮預裂孔距。當巖層完整性較好時，孔距減小至0.6 m，同時增加100 mm 底孔與底板之間的間距，減少15 mm 頂孔與頂板之間的間距。巖層預裂孔布置如圖5。

圖5 巖層預裂孔布置圖

8105 工作面在過斷層期間，均對以上兩種巖層預裂方案進行了應用試驗，通過在工作面中的應用實踐可知，方案2 的實用效果更好，巖石破碎程度比方案1 高74.5%，采煤機日均截齒更換率比方案1 低40%，能夠有效提高工作面回采速度，降低材料投入，方案2 的巖層預裂效果更為顯著。

3 應用效果

對巷道變形觀測發現，工作面超前支承壓力影響范圍在34 m 以內，受影響較大區域在9～21 m 范圍。在工作面過斷層期間，2105 巷道頂底板變形量約385～570 mm，兩側巷幫變形量最大為110 mm。5105 巷在經過支護強化之后，頂板無明顯破碎變形，底板變形量約為820 mm，兩側巷幫變形量最大為280 mm。

綜采工作面過斷層技術的應用，保證了8105工作面在過斷層期間的回采安全，增加了工作面177 m 的回采距離，除去洗耗率，增加精煤回采量11 萬余噸，再減去材料使用以及人工費用，可直接為礦井創造3000 多萬元的經濟效益。