綜采工作面過斷層時(shí)的頂板控制技術(shù)

＊程 巖

（山西汾西礦業(yè)集團(tuán)高陽煤礦 山西 032306）

引言

綜采工作面遇到斷層時(shí)，受采動(dòng)和結(jié)構(gòu)應(yīng)力之類的因素影響很可能導(dǎo)致煤壁片幫、頂板破碎和端面距增大等情況發(fā)生，嚴(yán)重的時(shí)候會(huì)發(fā)生冒頂事故。使用液壓支架支護(hù)頂板破碎區(qū)域時(shí)，需要具有足夠的支撐力，可以在受損區(qū)域支護(hù)工作面，進(jìn)行正常工作。同時(shí)，在移動(dòng)支架的過程中，工作面頂板容易冒落，并且可能在工作面上發(fā)生安全事故。因此，在綜采工作面頂板跨落期間，必須根據(jù)實(shí)際情況選擇有效的對(duì)策，例如合理控制過斷層的頂板。

1.煤層賦存及煤質(zhì)

(1)煤層賦存情況

本工作面開采太原組9－10－11#煤層，其鄰近的21105工作面煤層總厚度平均約8.02m，煤層結(jié)構(gòu)為4.9(0.05)1.1(0.25)0.92(0.3)0.5，屬復(fù)雜結(jié)構(gòu)煤層，穩(wěn)定可采，煤種為瘦煤。煤層傾角最大18°，最小0°，平均5°。

(2)工作面基本參數(shù)

表1 工作面概況表

(3)工作面儲(chǔ)量計(jì)算

工作面工業(yè)儲(chǔ)量=608×209×8.02×1.35-95923.2=127996.8t

工作面可采儲(chǔ)量=(1455213.4-95923.2)×0.88=1126370.8t

式中：608m為走向長度，209m為傾向長度，95923.2t為陷落柱及斷層損失量，8.02m為煤厚，1.35t/m3為煤層容重，0.88為回采率。

(4)停采線

21105工作面采至21105回風(fēng)聯(lián)巷口70m時(shí)停采。

(5)頂?shù)装迩闆r

表2 煤層頂?shù)装迩闆r

2.綜采工作面過斷層期間的安全隱患

斷層是由于地殼運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的，斷層會(huì)導(dǎo)致綜采工作面推進(jìn)困難，甚至可能威脅工人的安全。挖掘期間遇到的主要危險(xiǎn)包括：首先，如果在回采過程中遇到的斷層越多，頂板上的壓力就越高，就會(huì)發(fā)生最嚴(yán)重的冒頂事故；其次，煤礦中存在的水源和有害氣體如果通過工作面裂隙進(jìn)入工作面會(huì)對(duì)相關(guān)人員構(gòu)成危險(xiǎn)；第三，支架的支護(hù)效率低。當(dāng)使用支架頂梁支護(hù)并加固損壞區(qū)域的頂板時(shí)，由頂梁形成的力會(huì)增加對(duì)頂板的破壞程度，這樣會(huì)降低頂板的支護(hù)效果。

3.工作面過斷層問題分析

（1）工作面和煤壁嚴(yán)重破損。工作面采用頂板控制技術(shù)。頂板的厚度為8.8m。當(dāng)過斷層回采時(shí)，會(huì)受到結(jié)構(gòu)應(yīng)力、采動(dòng)應(yīng)力和周期性壓力的影響。工作面頂板上的巖層破碎，從而降低了頂板的承載能力。煤礦在工作面上，切割支架頂梁的動(dòng)作會(huì)嚴(yán)重?fù)p壞端面的頂板，并伴隨著大面積的坍塌，這無助于維護(hù)頂板的安全。

（2）支架的支護(hù)作用低。當(dāng)支架的頂梁在斷層破碎區(qū)支護(hù)破碎的頂板時(shí)，頂梁產(chǎn)生的垂直向上的工作阻力進(jìn)一步加劇了頂板的破壞程度。支護(hù)阻力越高，工作面破壞程度就越大。支架頂梁的來回運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致頂板巖體破碎，從而在支架頂梁上方產(chǎn)生“空心”現(xiàn)象，導(dǎo)致支架在頂板上的支護(hù)效果不足。

（3）工作面斷裂。在工作面回采期間，工作面前方5-10m的范圍內(nèi)會(huì)產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力區(qū)域，該預(yù)應(yīng)力會(huì)對(duì)工作面產(chǎn)生破壞性影響。穿越斷層帶時(shí)，如果運(yùn)輸巷側(cè)煤柱的承載力較弱，則頂板可能會(huì)在連接處破碎，并且隨著工作面的移動(dòng)，破碎帶會(huì)繼續(xù)增加。在工作面的受損區(qū)域中，工作面損壞更為嚴(yán)重。

（4）煤層勘探不足。工作面采用直接水平推動(dòng)方法穿越斷層。斷層巖石在斷層期間破碎。由于斷層的下降量為1.5m，故斷層上升。工作面上的煤層厚度為12.3m。直接穿過斷層時(shí)，斷層懸掛壁上的煤穴高度變高，頂部的煤礦不足。在采空區(qū)中，大量的煤保留在采空區(qū)中，這對(duì)采空區(qū)沒有支撐作用。

4.綜采工作面過斷層時(shí)的頂板控制技術(shù)

(1)深孔爆破對(duì)煤層的初步分解

首先，煤層與巖層之間的深孔處理提供了一種特殊的沖擊波，不會(huì)破壞煤層，從而使煤層開裂。裂縫和工作面相互平行，在開采過程中煤層通過縫隙掉落。然后，在完成預(yù)分割處理后，將能量集中放在同一組光滑孔中。在炸藥管中放置一些礦用乳化炸藥或毫秒級(jí)延遲電雷管。一組光滑的表面可以一次，同時(shí)從孔的內(nèi)部到外部依次進(jìn)行。

(2)穿越故障時(shí)的頂板控制

斷裂帶、褶皺、無炭柱以及火成巖形成了構(gòu)造帶，在這些變化帶之間經(jīng)常發(fā)生斷裂。當(dāng)整個(gè)工作面通過斷層時(shí)，頂板經(jīng)常會(huì)被嚴(yán)重破壞，支架無法支護(hù)頂板，頂板會(huì)變形，礦井坍塌。如果工作面的一部分發(fā)生大規(guī)模坍塌，將無法繼續(xù)工作。坍塌的發(fā)生有很大的影響因素。研究表明，斷層高度與煤炭采出量成反比。例如，如果壓碎的區(qū)域結(jié)構(gòu)合理，則圍巖相對(duì)較硬并且可以被剪切，因此影響很小。如果壓碎區(qū)域的結(jié)構(gòu)不良，圍巖柔軟且容易掉落，圍巖特別堅(jiān)硬，則只有這種功能性爆炸才能通過，工作面的受損區(qū)域會(huì)變得越來越大。如圖1為頂板控制技術(shù)施工圖。

圖1 頂板控制技術(shù)施工圖

發(fā)生坍塌時(shí)，會(huì)出現(xiàn)巖石壓力的異常特性。支護(hù)物通過時(shí)的共同特征：首先，工作面坍塌的速度明顯加快。第二，減少加固支護(hù)，但是當(dāng)壓力通過被破壞的受損區(qū)域的兩側(cè)時(shí)，壓力卻增加了。第三，建立支撐是復(fù)雜的。完全機(jī)械化的采礦可以使用多種方案穿越斷層，但是隨著斷層下降，根據(jù)煤層的厚度、支架的類型、圍巖的柔軟性和硬度差異，有三種選擇。首先，如果煤層的厚度與支架的最小支護(hù)高度之間的差大于斷層，則通過調(diào)整切割高度直接穿過斷層。如果在工作之前有相關(guān)的問題，可以使用提高采高來通過。如果壓碎頂板損壞，則必須在頂梁周圍鋪設(shè)金屬網(wǎng)，同時(shí)通過相關(guān)方法防止損壞。其次，如果斷層坍塌比較大，則應(yīng)采用剪切切割的方法。如果周圍的巖石非常堅(jiān)硬，則應(yīng)使用振動(dòng)炮和爆炸的方法。第三，當(dāng)破碎面積的減小與煤層的厚度相同時(shí)，通常不使用硬化方法，使用此方法會(huì)消耗大量木材。

(3)灌漿加固結(jié)構(gòu)

當(dāng)一個(gè)完全機(jī)械化的礦井表面穿過破碎區(qū)域時(shí)，會(huì)導(dǎo)致頂板損壞，切片，端面距離增加以及工作面的頂板破碎，因此有必要在礦井采用一種具有化學(xué)功能的聚合物材料，并采用更堅(jiān)固的工作面。該材料具有成本低，有效性高和易于干燥的優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是不能在周圍的巖石中添加空隙，關(guān)鍵是硬化煤層壁，并且必須通過倒置鉆探方法加固頂板。開挖工作完成后，煤層和頂板井然有序。

(4)對(duì)煤礦防撞楔的預(yù)支護(hù)

當(dāng)將凝固的漿液注入巖石中以形成頂板只能支護(hù)一段時(shí)間。長時(shí)間沒有支護(hù)頂板，會(huì)損壞頂板。因此，在完成金屬網(wǎng)之后，通過插入板法來支護(hù)頂板。滑動(dòng)板支護(hù)方法是貫穿軟巖層和破碎巖層的常用方法。煤層壁和頂板之間的接縫垂直于煤層壁。綜采工作面的關(guān)鍵是要用鋼制的支護(hù)。板條支架應(yīng)成排構(gòu)造，完成一排后，將液壓支架和支架與壓力擦拭頂部移動(dòng)框架結(jié)合在一起。在下一列的構(gòu)造完成之后，按此順序繼續(xù)進(jìn)行，直到下一列的構(gòu)造完成。

5.結(jié)束語

基于斷層帶頂板上煤層的深孔爆破開裂，工作面厚煤層在中斷帶的后半部塌陷。通過對(duì)端面破損的頂板和支護(hù)錨索梁選擇聚氨酯纖維網(wǎng)，可以有效地延緩端面的破頂現(xiàn)象，并可以改善煤墻板。同時(shí)，為了提高支護(hù)的有效性，在工作面移動(dòng)的過程中，要確保支護(hù)的頂板和頂梁之間完全接觸。另外，工作面基煤體配備了先進(jìn)的支護(hù)，有效提高了預(yù)應(yīng)力區(qū)的頂板穩(wěn)定性，使工作面安全高效，可以保證良好的開采。