綜采工作面過大斷層工藝探索與應(yīng)用

溫明寶 王建軍

（山東能源棗礦集團(tuán)高莊煤業(yè)有限公司，山東 濟(jì)寧 277600）

1 概況

高煤公司3上1111工作面傾斜長度214 m，煤厚平均4.6 m，工作面選用ZY13000/28/60D大采高液壓支架、MG750/1840-WD電牽引采煤機(jī)，為一次采全高綜采工藝，采用走向長壁后退式采煤法，全部垮落法處理采空區(qū)頂板。推采過程中，工作面先揭露了落差8 m的F6-3斷層。該斷層在工作面內(nèi)走向長度為73.3 m，生產(chǎn)過程中工作面最大一次性揭露60架全巖，該斷層自機(jī)頭出面。然后機(jī)頭持續(xù)揭露一條落差4.8 m的F6-1斷層，該斷層走向長度52 m，橫穿工作面，衰減至4.2 m后自機(jī)尾出面。工作面示意圖如圖1。

2 過斷層方案

2.1 頂板管控方案

（1）工作面頂板加固措施

① 采用注馬麗散加固煤體。工作面過斷層期間屬于仰采階段，對煤巖交界及支架托頂煤開采的區(qū)域，為防止折幫掉落，在上網(wǎng)、拉移超前支架基礎(chǔ)上，采取超前注馬麗散加固方式強(qiáng)化支護(hù)，超前工作面5～7 m注馬麗散對頂幫進(jìn)行加固。工作面內(nèi)上盤距斷層面3～5架超前注馬麗散對頂幫進(jìn)行加固。注馬麗散孔深控制在5～7 m，仰角控制在16°～20°，保證注漿壓力（5～7 MPa），確保加固效果。

② 錨索超前支護(hù)。當(dāng)采用注馬麗散對頂幫加固效果不明顯時(shí)，采用錨索超前支護(hù)，確保頂板穩(wěn)定。使用Ф21.8 mm×7200 mm錨索，配合長×寬×厚=1000 mm×300 mm×80 mm木托盤以及高強(qiáng)錳鋼板托盤對托頂煤區(qū)域進(jìn)行支護(hù)，具體如圖2。錨索呈70°角度，錨索支護(hù)間距為1.75 m，即每架1根錨索，將頂網(wǎng)緊貼巖面，木托盤長壁沿工作面傾向布置，確保支護(hù)效果。

圖2 錨索支護(hù)示意圖

（2）加強(qiáng)礦壓觀測，超前分析預(yù)警

每天安排專人對工作面進(jìn)行礦壓觀測和頂板巡查工作，對工作面圍巖變形嚴(yán)重區(qū)域進(jìn)行預(yù)警。

（3）強(qiáng)化考核驗(yàn)收，確保頂板安全

一是加強(qiáng)工作面超前架管理，全面拉移超前支架，確保空頂距不大于340 mm。二是加強(qiáng)質(zhì)量驗(yàn)收，每班對支架偏差值、支架中心距進(jìn)行測量驗(yàn)收，嚴(yán)禁支架歪斜、擠架和咬架。出現(xiàn)歪架征兆時(shí)，及時(shí)采取上網(wǎng)、上料方式造假頂，降低采高至3 m左右，制定專項(xiàng)的調(diào)架方案。三是推采過程中，由于工作面由斷層上盤進(jìn)入斷層下盤，工作面沿?cái)鄬用嫱七M(jìn)，在斷層面兩側(cè)及頂板破碎帶等特殊地段進(jìn)行上網(wǎng)、上料對頂板加強(qiáng)支護(hù)。

2.2 破矸截割方案

（1）更換高強(qiáng)截齒，進(jìn)行強(qiáng)推硬過

經(jīng)鑒定，正巷揭露的矸石硬度為8.4，工作面過斷層以強(qiáng)推硬過為主，采用破矸石硬度10的高強(qiáng)度截齒。對于高強(qiáng)度截齒破矸石效果不好的區(qū)段，采用“橋拱式”深孔預(yù)裂技術(shù)輔助采煤機(jī)割矸。

（2）“橋拱式”深孔預(yù)裂，預(yù)留巖柱支撐頂板

在工作面使用深孔爆破預(yù)裂技術(shù)，垂直工作面煤壁施工鉆孔，見矸打眼，見煤停鉆，提前對工作面斷層全巖區(qū)域進(jìn)行爆破預(yù)裂。根據(jù)現(xiàn)場測算松動圈的直徑，加大鉆孔間距，預(yù)留1～2 m的巖柱，在確保巖層產(chǎn)生裂隙的同時(shí)保證對頂板的支護(hù)，避免頂板破碎。

① 孔間距確定：揭露斷層后，先施工試驗(yàn)孔，爆破預(yù)裂后，在距離試驗(yàn)孔6 m位置施工1#驗(yàn)證孔（與試驗(yàn)孔同角度、同深度）；如未遇到松動圈，距離試驗(yàn)孔5 m位置施工2#驗(yàn)證孔；如遇到松動圈，距離試驗(yàn)孔7 m位置施工2#驗(yàn)證孔。以此方法確定松動圈范圍，以“松動圈不交叉、預(yù)留1～2 m的巖柱”為原則，確定深孔預(yù)裂孔間距。

② 鉆孔直徑與鉆桿選型：使用Φ73 mm鉆頭，配合Φ50 mm×1 m鉆桿施工。

③ 鉆孔深度：20 m。

④ 鉆孔裝藥量及裝藥方式：正向裝藥，利用Φ63 mm×1000 mm×4000 g專用筒裝炸藥，單根連接后裝填進(jìn)鉆孔內(nèi)，使用黃泥封口，如圖3。

圖3 裝藥示意圖

⑤ 預(yù)裂爆破所需設(shè)備工具見表1。

表1 預(yù)裂爆破所需設(shè)備工具表

2.3 層位管理方案

（1）加強(qiáng)層位分析，做好超前指導(dǎo)

過斷層期間每天一素描，每推進(jìn)5 m探測一次層位，如果遇到特殊情況再加密探測，開展動態(tài)開采層位監(jiān)督，為確定斷層的實(shí)際位置、發(fā)展方向和斷層處煤層的距離提供保障。工作面每推采3 m進(jìn)行一次測繪，畫出剖面圖，校正工作面平面圖，并要求每隔20 m進(jìn)行預(yù)剖，同時(shí)根據(jù)工作面兩巷實(shí)際剖面圖，對生產(chǎn)進(jìn)行超前指導(dǎo)。

（2）加強(qiáng)層位調(diào)整，減少破矸量

生產(chǎn)過程中，本著“避硬就軟”原則，在保證合理生產(chǎn)的條件下，提前20架調(diào)整，破底矸區(qū)域組織飄刀、破頂矸區(qū)域組織剎底，飄剎幅度整體控制在10°～15°，破矸石全巖區(qū)域采高控制在3～3.5 m，兩端頭區(qū)域以正巷上下山為基礎(chǔ)進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)一步減少割矸量。根據(jù)現(xiàn)場條件，當(dāng)班工長每10架測量飄剎底、坡度、采高和支架歪斜角度，重點(diǎn)管控區(qū)域每5架測量飄剎底，確保回采層位合理。

3 效果分析

3上1111綜采工作面實(shí)現(xiàn)了安全高效過大斷層，通過采取煤幫加固措施，保證了飄刀仰采期間的頂板安全。通過采取深孔預(yù)裂方式，一次性打眼20 m進(jìn)行爆破，大大減少了打眼放炮頻次，工作面進(jìn)行一次深孔預(yù)裂，可以滿足5～7 d的正常生產(chǎn)，有效解決了沖擊地壓工作面的限員問題，有效保護(hù)了智能化設(shè)備免受矸石損傷。經(jīng)濟(jì)效益方面，解決了工作面搬家?guī)淼闹T多問題，多回收煤炭資源20萬t。