綜采工作面過斷層回采工藝研究

孟 喆

（晉能控股煤業公司忻州窯礦，山西 大同 037001）

1 概 述

忻州窯礦8318 工作面位于井田西翼，東部為14-3#層303 盤區西翼集中回風巷及機軌合一巷，南部為西翼石門，西部、北部為14-3#實煤區。8318工作面設計走向長495 m，傾向長150 m，回采煤層14-3#層，均厚4.01 m，平均傾角2°，煤層結構復雜，煤體變異系數38.43%。煤層頂底板巖性見表1。

表1 8318 工作面頂、底板巖層情況表

8318 工作面回采至240 m 處位于56#支架前方煤壁揭露F5 正斷層，斷層落差為2.4 m，傾角為60°，斷層對工作面回采影響長度為54 m。

2 過斷層回采工藝優化

（1）8318 工作面揭露F5 斷層后，通過現場觀察發現，該斷層從56#支架揭露向頭部方向延伸，并在工作面前方54 m 運輸順槽處貫穿，斷層與工作面夾角為48°，56#支架往頭部方向為斷層下盤，斷層上盤揭露底巖最大厚度達2.4 m，如圖1。

圖1 8318 工作面過斷層仰斜回采剖面示意圖

（2）為了保證工作面安全快速過斷層，降低采煤機過斷層期間故障率，減少煤柱損失量，決定采用仰斜回采工藝。工作面從頭部斜切進刀，采煤機割煤至56#支架時調整采煤機角度，以10°仰角進行回采，采煤機進入斷層上盤后留頂煤、破底巖進行回采。

（3）由于工作面揭露的F5 斷層落差為2.4 m，工作面上盤煤層出現上飄現象，導致仰斜回采過斷層上盤時需破底巖。巖體主要以白砂巖為主，平均厚度為2.23 m，巖體單軸抗壓強度達55 MPa，巖體強度超過了采煤機截齒切割強度（小于50 MPa），若采用采煤機強行破巖，截齒磨損嚴重，采煤機截割電機負荷加大，很容易造成截割部損壞，所以決定采用“松動爆破+采煤機破巖”聯合回采工藝[1-5]。

（4）工作面回采至56#支架處停止采煤機割煤，對上盤底巖施工松動爆破孔。上盤底巖共計施工兩排爆破孔，孔深為1.0 m，直徑為42 mm，爆破孔間距為1.5 m，排距為1.0 m。

（5）松動爆破孔施工完后，對孔內依次填裝一支礦用乳化炸藥以及一支毫秒延期電雷管。單孔裝藥量為300 g，孔口采用水炮泥和炮泥進行封孔，每個炮孔內雷管腳線采用串聯連接方式，每次允許爆破炮孔數量為5 個。工作面所有炮孔爆破完成后，采煤機采用上滾筒割頂煤、下滾筒掃底巖進行回采，依次類推直至工作面完全過斷層。

3 仰斜回采期間頂板控制

3.1 仰斜回采期間存在技術難題

工作面仰斜回采過斷層上盤時需留頂煤，留頂煤厚度在0～2.4 m，而8318 工作面回采煤層為14-3#層，煤層內夾雜多層矸石，破壞了煤體穩定的力學結構。工作面仰斜回采時，頂煤穩定性低，很容易出現冒落現象，不利于工作面安全回采。

在仰斜回采過程中，工作面采用分段移架方式，且采煤機切割深度控制在0.5 m 范圍內，導致工作面回采后支架移架出現局部滯后現象，導致仰斜段頂板空頂時間長，易造成頂板破碎、冒落。

8318 工作面采用液壓支架支護頂板，支護過程中液壓支架頂梁對頂板產生較強的支撐作用力，而頂煤破碎，在支架支撐過程中支架頂梁對頂板產生反復破壞作用，從而加劇了頂板破碎程度。

3.2 仰斜段頂板聯合控制技術

為了降低工作面仰斜回采期間頂板破碎現象，防止頂板垮落事故發生，決定對仰斜段頂板采取“深孔超前注漿+邁步式錨索吊棚”聯合控制技術。

3.2.1 深孔超前注漿

（1）首先對仰斜段頂板施工一排注漿深孔，鉆孔施工在54#～65#支架之間煤壁上。鉆孔距頂板間距為1.0 m，鉆孔直徑為45 mm，鉆孔深度為8.0 m，鉆孔布置間距為3.0 m，布置仰角為30°。

（2）注漿鉆孔施工完后，對鉆孔內埋入注漿花管，并在孔口處采用封孔器封堵，注漿花管通過快速接頭與專用注液槍連接，如圖2。

圖2 8318 工作面過斷層頂板聯合支護平面示意圖

（3）采用ZBQ27/1.5 型雙液注漿泵進行注漿施工，注漿液采用聯邦加固1 號（雙液）注漿材料，注漿液水灰比為0.8:1.0。該注漿液具有結石率高、滲透能力強、凝固速度快等優點。注漿施工時注漿壓力為3～4.5 MPa 范圍內。

3.2.2 邁步式錨索吊棚施工

（1）工作面仰斜段施工的錨索吊棚主要由錨索工字鋼梁、錨索組成，錨索鋼梁長度為3.5 m，寬度為0.12 m。為了避免工字鋼梁對頂板產生切頂破壞作用，工字鋼梁與頂板接觸的一面焊接一塊厚度為5 mm 鋼板。每架吊棚配套兩根錨索，錨索長度為5.3 m，直徑為21.8 mm。

（2）錨索吊棚沿工作面傾向布置，每架錨索吊棚兩根錨索施工在相鄰兩架支架之間，錨索吊棚施工在54#～65#支架前方頂板上，錨索吊棚施工間距為1.5 m，排距為1.0 m。為了保證相鄰兩排錨索吊棚聯控作用，前后兩排錨索吊棚采用邁步式布置。

4 結論

（1）截至2020 年11 月13 日，8318 工作面已回采過F5 斷層影響區，通過對工作面過斷層工藝的優化，減少了工作面采煤機破巖量，降低了采煤機過斷層的故障率，未發生截割部電機燒毀、截割部斷軸等事故，過斷層期間回采速度保持在6.4 m/d。

（2）通過對工作面過斷層期間仰斜段頂板采取聯合控制技術后，解決了因頂煤穩定性差，仰斜回采時出現頂煤垮落、破碎、支架初撐力及工作阻力不足等技術難題，提高頂板穩定性，保證了工作面安全回采。