大采高綜采工作面過斷層技術(shù)實踐

安瑞廷，張 奇

(山西潞安化工集團 ，山西 長治 046000)

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，對能源供應(yīng)的需求日益增長，煤炭仍將長期作為我國的主體能源。然而煤炭開采過程中，經(jīng)常遇到各種各樣的地質(zhì)構(gòu)造，其中斷層是最常見的一種。斷層的存在對礦井生產(chǎn)組織、頂部管理、人員安全都有一定影響，致使工作面支架壓力升高，增加頂板管理難度，同時加大頂板及機電事故的頻率。因此，對過斷層的技術(shù)實踐研究具有十分重要的意義[1-4]。

1 工作面及斷層概況

潞安化工集團李村煤礦1305大采高綜采工作面北部為空白區(qū)，南部為1303工作面采空區(qū)，西部為一采區(qū)大巷，東部為井田東部邊。1305工作面平均可采長度775 m(進風(fēng)巷側(cè)772 m，回風(fēng)巷側(cè)778 m)，切眼長250 m，可采面積193 750 m2。

1305工作面按煤層走向布置，平均可采長度775 m，切眼長250 m，可采面積193 750 m2。煤層傾角-12～5°，平均傾角6°，煤層厚度5.1～5.8 m，平均5.4 m，采用走向長壁一次采全高后退式全部垮落綜合機械化采煤法。根據(jù)三維地震勘探資料顯示：1305綜采工作面在機尾距開切眼118 m處揭露逆斷層FJ25，斷距約0～4 m，傾角約25°，方位角約為355°，見圖1。工作面頂?shù)装鍑鷰r及其特征，見表1。

圖1 1305工作面斷層示意

表1 1305工作面圍巖及其特征

2 綜采工作面過斷層工藝

目前，我國煤礦綜采工作面過斷層采用的施工工藝主要有跳采法和硬過法。

跳采法即工作面回采揭露斷層后及時停采，在工作面回采前方開掘設(shè)備回撤通道，進行搬家倒面，重新開掘一條新的切眼。采用跳采法可直接避開斷層構(gòu)造的影響，但是在回采前方重新掘切眼會增加停采煤柱寬度，降低資源回收率，提高工作面開采成本，而且工作面搬家倒面需一定時間，造成時間、人力和物力的浪費，甚至可能會造成采掘銜接緊張。

強推硬過法即采煤機機組截割配合松動爆破的方式破巖，然后適當(dāng)調(diào)整采高，工作面設(shè)備直接平推過斷層[2]。調(diào)整采高平推的方式通常適用于斷層落差較小、斷層上下盤接觸間煤層厚度大于液壓支架通過下限高度的斷層。在實際操作中，需要留頂煤或底煤過斷層，之后逐漸恢復(fù)原采高。此種情況可采用留底煤的方式，上抬綜采工作面，降低采高順利通過斷層，有效降低煤質(zhì)含矸率，減少截齒消耗量，配合松動放炮，確保采煤機組順利工作[3]。

綜合分析以上兩種過斷層工藝方法的優(yōu)劣，再結(jié)合李村煤礦1305工作面地質(zhì)條件，決定采用強推硬過法通過斷層構(gòu)造。采用雙滾筒采煤機機械落煤，遇到受斷層影響且機組截割困難的區(qū)域，放松動炮落煤，采煤機與刮板機聯(lián)合裝煤，刮板輸送機、轉(zhuǎn)載機、可伸縮膠帶輸送機聯(lián)合運煤，兩柱掩護式液壓支架支護頂板。機組割透端頭煤壁后，將上滾筒降下割底煤，下滾筒升起割頂煤，采煤機反向沿刮板輸送機彎曲段斜切入煤壁。采煤機機身全部進入直線段且兩個滾筒的截深全部達到0.8 m后停機。將支架拉過并順序推溜頂過機尾(機頭)后調(diào)換上、下滾筒位置向進刀端頭割煤。采煤機再次割透端頭煤壁后，再次調(diào)換上、下滾筒位置，向機尾(機頭)割煤，開始下一個循環(huán)的割煤，割過煤后及時拉架—頂機尾(機頭)—推溜，采煤機截割工藝如下：

1) 升起前滾筒、降下后滾筒、推動刮板輸送機、機組割煤，沿刮板輸送機彎曲段斜切入煤壁至順槽壁大約50 m處，工藝見圖2。

圖2 1305工作面斷層截割工藝示意

2) 兩滾筒截深全部達到0.8 m后，停機、拉架、推刮板輸送機。

3) 機組反向割煤，推刮板輸送機、拉架割三角煤至端頭。

4) 割透端頭煤壁后，升起前滾筒、降下后滾筒，返空刀到斜切進刀正常截深，然后繼續(xù)割煤直至另一側(cè)巷道、重復(fù)2～4 步驟。

根據(jù)工作面地質(zhì)條件，在頂板穩(wěn)定的情況下，采用雙向鄰架操作、順序單架移架，滯后采煤機后滾筒3～4架移架；打護幫板采用雙向成組動作，每組動作3～6架。頂板破碎段，每次只準(zhǔn)收回1個護幫板，可緊跟前滾筒拉架或停機超前移架及時支護頂板。拉架完成后必須保證液壓支架的直線度，偏差不得大于50 mm，仰角不得超過7°，歪斜不得超過5°，相鄰支架間不得有明顯高低錯茬。推移刮板輸送機時，保證0.8 m的推進度，并于煤壁平行，除彎曲段其余部分不得出現(xiàn)彎曲。同時浮煤(矸)應(yīng)及時清理，確保刮板輸送機的平整，不得出現(xiàn)局部起伏的現(xiàn)象。若遇到頂板破碎大塊石頭掉落或松動放炮崩落大塊石頭，影響拉架推溜，采取打眼放炮的方式處理大石頭。移架推溜困難時使用單體柱或木料輔助完成。

3 綜采工作面過斷層安全管理措施

3.1 煤壁注漿

1305綜采工作面揭露斷層后，在煤壁片幫嚴(yán)重的區(qū)域進行注漿管理。通過對工作面煤墻注漿，能夠?qū)鄬佑绊懙钠扑槊簬r體進行重新固結(jié)，重新恢復(fù)承載能力，使用的注漿材料為瑪麗散，一種低粘度的高分子樹脂材料，在遇到水和催化劑時會產(chǎn)生膨化產(chǎn)物，這種產(chǎn)物具有較大的粘結(jié)密實性，通過高壓注漿泵將膨化產(chǎn)物加壓到破碎煤巖體中，使其與煤巖體進行粘結(jié)，將破碎煤巖體重新粘結(jié)在一起形成新的整體，很大程度上提高了圍巖的強度以及穩(wěn)定性。

注漿效果的好壞直接取決于注漿壓力。壓力過大，容易造成煤巖體進一步劈裂破碎，進而導(dǎo)致漿液流失；壓力過小，會導(dǎo)致漿液在煤巖體內(nèi)部擴散不充分，填充不密實，從而造成注漿材料與破碎煤巖體之間粘結(jié)效果差。

結(jié)合注漿過程中經(jīng)常存在的問題：一是注漿間距超過馬麗散單孔凝固的有效半徑，孔和孔之間達不到共同凝固煤體作用，生產(chǎn)過程中出現(xiàn)凝固區(qū)域整塊掉落、煤墻呈雞窩狀現(xiàn)象；二是局部單孔注漿量大、漿末位置管理不到位，呈現(xiàn)注漿區(qū)域煤墻在漿末位置結(jié)塊、掉落大塊馬麗散堵口現(xiàn)象，漿末位置頂板反復(fù)破碎現(xiàn)象；三是注漿過程缺乏有效監(jiān)管，馬麗散漿料外流現(xiàn)象嚴(yán)重，存在人為浪費材料現(xiàn)象。為保證合理的壓力，依據(jù)李村煤礦以往的注漿施工資料以及現(xiàn)場試驗，最終確定1305工作面煤壁注漿壓力范圍為10～12 MPa，確定注漿參數(shù)布置如下：孔深8 m，封孔4 m。下排孔距底板1.5 m，垂直煤墻打設(shè)；上排孔距頂板1 m，仰角5°打設(shè)，注漿孔水平間距5.2 m，三花布置，循環(huán)步距4 m。注漿工藝見圖3。

圖3 注漿系統(tǒng)示意

3.2 頂板管理

回采工作面要快速順利通過斷層構(gòu)造，面臨的安全威脅相對較多，諸如冒頂、倒架、片幫等眾多危險有害因素，因此全面做好安全管理非常關(guān)鍵。在工作面現(xiàn)場作業(yè)時，應(yīng)做好以下工作：

1) 加強斷層位置探測管理。為了探明斷層在工作面內(nèi)部的走向情況。隨著生產(chǎn)推進，利用檢修時間，在斷層延伸方向可能影響區(qū)域，打鉆探測留設(shè)底煤厚度，分析、判斷斷層走向、延伸速度及推進之間關(guān)系。

2) 回采作業(yè)時，要加強工作面現(xiàn)場管理，及時調(diào)整支架高度，使液壓支架接頂嚴(yán)密，并且保證支架初撐力不小于24 MPa，同時隨著斷層的高低起伏變化，及時調(diào)整刮板輸送機的坡度，保證輸送機平直度達到要求。

3) 堅持正規(guī)循環(huán)作業(yè)，保證勻速推進，堅持跟機帶壓擦頂移架支護，防止斷層影響區(qū)域應(yīng)力集中造成冒頂、片幫。

4) 加強頂板管理，每班安排專人重點對斷層影響范圍內(nèi)的超前架、端頭及工作面液壓支架支護質(zhì)量進行巡查，發(fā)現(xiàn)問題及時處理，確保支護強度。若開采過程中，出現(xiàn)了基本頂周期來壓的問題，則必須加強工作面頂板支護管理，提高工作面工程質(zhì)量管理，確保液壓支架處于有效支護狀態(tài)。

3.3 設(shè)備防倒

加強支架檢修力度，確保支架支護性能完好，堅決杜絕串、漏液、自落現(xiàn)象。支架與大溜之間的連接裝置必須完好,支架與支架之間要連接防倒鏈，移架后側(cè)護板應(yīng)及時打出，保證支架相互靠緊，嚴(yán)禁支架間出現(xiàn)大的間隙。如果支架有下滑趨勢時，必須采取有效措施及時處理。當(dāng)工作面支架出現(xiàn)傾斜現(xiàn)象時，通過支架側(cè)護板及底調(diào)油缸調(diào)整支架防倒。采用人工臥底時，都必須用單體柱或木料將支架撐牢，必須有專人負(fù)責(zé)安全，浮煤(矸)清完后盡快將支架拉出，移架困難時，可以用單體柱或木料輔助移架。

3.4 工程質(zhì)量

工程質(zhì)量管理不到位對生產(chǎn)影響主要有兩方面：一是工作面大溜平直度差，造成工作面局部應(yīng)力集中、頂板破碎，工作面局部采高不足情況下，強行破頂、出現(xiàn)大面積漏頂現(xiàn)象，人為增加頂板管理難度。二是膠帶跑偏、纏毛現(xiàn)象嚴(yán)重、膠帶灑煤情況嚴(yán)重，增加了非構(gòu)造因素的無效投工。因此，控制工程質(zhì)量對于工作面順利通過斷層具有重要意義，必須保證工作面“三直一平兩暢通”，保證液壓支架和超前棚單體柱初撐力達標(biāo)。

3.5 超前管理

1305工作面過斷層在超前管理上暴露出以下兩方面問題：一是機頭巷道最低點挑頂區(qū)域管理及排水點管理不到位，產(chǎn)生影響為端頭架通過時出現(xiàn)“卡脖子”現(xiàn)象、機頭最低點不能按照計劃節(jié)點推出、機頭巷道處于應(yīng)力集中區(qū)多處頂板下沉、積水區(qū)域設(shè)備檢修難度增加(排頭1號連接塊斷裂后長時間未能更換)、切眼構(gòu)造區(qū)域頂板長時間空頂；二是機頭～60號留底煤情況下，在支架上坡前未能超前計劃在支架底靴墊料，產(chǎn)生影響為支架上坡時向機頭側(cè)傾倒，重心偏向老塘側(cè)，大溜翹起現(xiàn)象。正是由于超前謀劃、超前考慮不到位，提高了工作面過斷層的難度，延長了順利通過構(gòu)造的時間，對礦井正常安全生產(chǎn)組織帶來諸多不利影響。

4 結(jié) 語

斷層是煤礦生產(chǎn)中最常見的一種地質(zhì)構(gòu)造，斷層影響范圍內(nèi)煤巖體破碎，對頂板管理帶來很大困難，給工作面正常推進造成諸多困難。因此，筆者在結(jié)合其他綜采工作面過斷層技術(shù)的基礎(chǔ)上，以李村礦1305綜采工作面過斷層為工程背景，分析了該工作面過斷層期間技術(shù)、管理措施以及過程中暴露出的問題，以期為其他礦井綜采工作面過斷層提供一定的借鑒作用。