工作面過斷層回采工藝及圍巖控制技術(shù)

饒海斌

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)，山西 大同 037001）

綜采工作面在揭露斷層時，受斷層影響斷層兩盤處煤層出現(xiàn)空間上位移，導(dǎo)致工作面回采時找煤難度大、回采破巖量大、斷層處頂板維護(hù)控制困難等技術(shù)難題，若不采取合理有效的回采工藝及安全措施，不僅制約工作面回采速度，且回采期間很容易出現(xiàn)頂板破碎、煤壁片幫等安全事故，威脅著工作面安全高效回采。本文以雁崖礦8305工作面為例，對工作面過F5斷層時提出了合理有效的回采工藝及安全技術(shù)措施，有效保障了工作面安全回采[1-5]。

1 概述

晉能控股煤業(yè)集團(tuán)雁崖煤業(yè)公司8305工作面位于三盤區(qū)西翼，工作面北部為8306工作面，東部為井田邊界，南部為8302工作面采空區(qū)，西部為三盤區(qū)大巷。8305工作面設(shè)計走向長度為1400 m，傾向長度為185 m，工作面回采的是山西組4#煤層，煤層平均厚度為3.52 m，平均傾角為4°。煤層直接頂主要以砂質(zhì)泥巖為主，平均厚度為4.2 m；基本頂主要以高嶺巖為主，平均厚度為11.5 m。工作面采用綜合機(jī)械化后退式回采工藝，目前工作面已回采至470 m。

8305工作面回采至440 m處揭露一條F5斷層，斷層從工作面119#支架揭露并向頭部延伸，為正斷層。斷層落差為1.5 m，傾角為52°，斷層上盤位于頭部，斷層下盤位于尾部。通過在斷層處施工鉆孔發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)5斷層對工作面回采影響長度達(dá)90 m。

2 工作面前期回采工藝及問題分析

2.1 前期回采工藝

8305工作面在揭露斷層后采用強(qiáng)行破巖的方法進(jìn)行回采，即斷層上盤工作面仍沿4#煤層頂?shù)装暹M(jìn)行回采，回采高度為3.5 m，斷層下盤工作面同樣保持回采高度，破斷層上盤頂巖，留底煤，破頂巖厚度為1.7 m。

2.2 存在問題分析

（1）回采速度低。8305工作面采用強(qiáng)行法過F5斷層時，由于破巖量大，采煤機(jī)割煤效率相對較低，導(dǎo)致工作面回采速度慢。通過前期現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，工作面在揭露斷層后平均回采速度不足5.0 m/d。

（2）破巖量大。8305工作面采用強(qiáng)行破巖法過F5斷層時，破巖厚度為1.5 m，斷層影響回采長度為69 m，傾向長度為30 m，不僅破巖量大，降低回采速度，而且原煤中煤矸混合量大，降低了原煤品質(zhì)以及噸煤經(jīng)濟(jì)效益，增加了后序選煤工作量。

（3）采空區(qū)遺煤量大。8305工作面前期回采過程中預(yù)留頂煤厚度為1.5 m，工作面回采后采空區(qū)內(nèi)遺煤量大，而4#煤層發(fā)火期短，易自燃，采空區(qū)內(nèi)浮煤在通風(fēng)氧化作用下很容易出現(xiàn)煤層自燃現(xiàn)象。2020年3月15日8305工作面揭露F5斷層，3月21日工作面推進(jìn)至465 m處時監(jiān)測采空區(qū)內(nèi)CO濃度急劇升高，最高濃度達(dá)47 ppm，威脅工作面安全回采。

（4）機(jī)械設(shè)備損壞嚴(yán)重。8305工作面過F5斷層時破巖厚度大，巖體單軸抗壓強(qiáng)度達(dá)40 MPa，采用采煤機(jī)強(qiáng)行破巖時采煤機(jī)滾筒、切割部磨損嚴(yán)重。工作面在過斷層前30 m范圍內(nèi)采煤機(jī)切割電機(jī)燒毀一臺，切割部損壞一次，更換機(jī)組牙144個，造成經(jīng)濟(jì)損失達(dá)64余萬元。

3 過斷層回采工藝優(yōu)化及圍巖控制

3.1 俯斜回采工藝

為了保證工作面過F5斷層時減少破巖量，提高煤柱回采量，工作面回采至470 m處采用俯斜回采工藝。

（1）8305工作面俯斜回采前及時對工作面?zhèn)涡边M(jìn)行合理調(diào)整，保證工作面煤壁平直，并將機(jī)道處浮煤清理干凈，將工作面液壓支架移架到位，確保端面空頂距控制在0.3 m以下，94#～119#支架初撐力、工作阻力不得低于設(shè)計值的90%。

（2）為了降低留頂煤難度，決定采用下行割煤上行空刀掃煤的割煤方式，將采煤機(jī)移至工作面尾部，從尾部斜切進(jìn)刀，并沿4#煤層頂板進(jìn)行割煤，割煤高度為3.5 m。

（3）8305工作面從尾部割煤回采至距斷層面7.0 m處時，以7°仰角俯斜回采，如圖1。俯斜回采期間保持回采高度，并將采煤機(jī)切割深度控制在0.5 m范圍內(nèi)，在斷層上盤處俯斜回采時留底煤，破頂巖。

圖1 8305工作面俯斜回采剖面示意圖

（4）當(dāng)工作面回采進(jìn)入斷層下盤后繼續(xù)俯斜回采，工作面破頂煤留底沿。當(dāng)工作面在下盤處回采長度達(dá)7.0 m后且完全揭露下盤煤層頂?shù)装搴?，及時調(diào)整采煤機(jī)割煤傾角，沿4#煤層頂?shù)装逅交夭伞?/p>

（5）8305工作面俯斜回采長度為14 m，俯斜回采期間采用分段式移架，保證斷層處割煤后支架能夠及時對頂板進(jìn)行控制維護(hù)。由于在俯斜回采期間傾角較大，為了防止倒架事故發(fā)生，對俯斜段所有支架頂梁下方斜打一根單體柱，并采用擦頂帶壓移架方式，在移架期間慢慢將單體柱升起，從而抵消支架下滑分力達(dá)到制止支架傾倒和翻轉(zhuǎn)的目的。

3.2 圍巖控制技術(shù)

由于8305工作面在俯斜回采進(jìn)入斷層下盤后，需留頂煤回采，而工作面回采的4#煤層穩(wěn)定性差，在構(gòu)造應(yīng)力的作用下煤層極破碎，難以預(yù)留，所以在下盤回采期間對頂板采取“注漿+撞楔超前支護(hù)”聯(lián)合支護(hù)措施。

3.2.1 注漿加固

（1）8305工作面俯斜回采5.0 m后，即距斷層面2.0 m處施工注漿鉆孔。注漿鉆孔深度為5.0 m，直徑為42 mm，注漿鉆孔垂直煤壁布置，鉆孔間距為3.0 m，每排布置3個，鉆孔開口位置布置在俯斜回采設(shè)計頂板上。

（2）注漿鉆孔施工完后，采用2ZBQ型氣動高壓雙液注漿泵及QB500型氣動攪拌桶進(jìn)行注漿施工。注漿材料采用茂森充填2號化學(xué)材料，該注漿材料屬于雙組分高分子漿液，可用于煤巖體裂隙填充、粘接，具有充填效果好、反應(yīng)速度快等優(yōu)點，

（3）茂森充填2號注漿材料時間一般在1.5～3.0 h，注漿施工安排在檢修班。鉆孔注漿時必須保證具有足夠的注漿壓力，注漿前應(yīng)對注漿孔進(jìn)行封堵，單孔注漿量不得低于25～40 kg。

3.2.2 撞楔超前支護(hù)

（1）俯斜段注漿施工3 h后，對該區(qū)域施工超前支護(hù)鉆孔。鉆孔深度為3.0 m，直徑為30 mm，間距為1.0 m，超前支護(hù)孔垂直煤壁布置，且布置在俯斜段設(shè)計頂板位置，如圖2。

圖2 8305工作面俯斜回采期間聯(lián)合支護(hù)平面示意圖

（2）超前支護(hù)鉆孔施工完后，對鉆孔內(nèi)錨注長度為3.5 m、直徑為28 mm玻璃鋼樹脂錨桿。錨桿錨注后確保錨桿在同一水平面上。

（3）撞楔超前支護(hù)施工完后，采煤機(jī)過俯斜段回采時適當(dāng)降低采煤機(jī)采高，保證割煤后超前支護(hù)下方預(yù)留0.2 m左右頂板自然脫落，防止采煤機(jī)割煤時破壞超前支護(hù)。

（4）俯斜段割煤完成后，在移架時保證支架頂梁與撞楔超前支護(hù)接觸嚴(yán)實。當(dāng)?shù)谝慌懦爸ёo(hù)施工完且工作面推進(jìn)2.0 m后施工第二排超前支護(hù)，依次類推直至工作面完全過F5斷層影響區(qū)。

4 結(jié)論

對8305工作面過斷層回采期間提出了俯斜回采工藝，并采取“注漿+撞楔超前支護(hù)”聯(lián)合支護(hù)措施，取得了顯著經(jīng)濟(jì)、安全效益：

（1）8305工作面采用俯斜回采工藝過F5斷層時，減少破巖量達(dá)3200 m3，提高煤柱量達(dá)1.4萬t，降低了工作面機(jī)電設(shè)備故障率，可節(jié)約設(shè)備維修費用達(dá)60余萬元，同時減少了采空區(qū)遺煤量。工作面在后期回采過程中采空區(qū)CO濃度控制24 ppm以下。

（2）8305工作面俯斜回采期間對工作面頂板采取聯(lián)合控制技術(shù)后，有效控制頂板破碎現(xiàn)象，保證工作面俯斜回采安全。通過現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，采取聯(lián)合支護(hù)措施后，工作面過斷層期間端面距控制在0.4 m以下，煤壁片幫深度控制在0.5 m以下。