綜采工作面快速過斷層技術研究

熊方權

（山西潞安集團蒲縣隰東煤業有限公司， 山西 蒲縣 041200）

引言

井工開采時回采工作面常揭露斷層、褶曲等地質構造，斷層不僅會影響煤層及頂底板巖層連續性，而且在斷層破碎帶附近煤巖體裂隙發育、構造應力集聚，給煤炭安全回采帶來一定制約[1-3]。現階段礦井常用的綜采工作面過斷層技術有強行破巖法、重開切眼法等，采面選用的過斷層技術應與煤層及斷層賦存條件、煤層開采工藝等相適應[4-7]。本文以山西某礦11029 綜采工作面過F4正斷層為工程實例，對采取的過斷層技術進行分析探討，以期為后續采面過斷層提供經驗借鑒。

1 工程概況

11029 綜采工作面為11 號煤層二采區最后一個回采工作面，采面設計走向推進長度1 560.8 m、傾向長度154.5 m，采面東側、北側均為采區邊界，南側為11207 采空區，西側為采區集中巷道。11 號煤頂底為K2灰巖、砂質泥巖及細砂巖等，煤層厚度4.0 m，賦存穩定。采面與斷層位置關系，如圖1 所示。

圖1 采面與斷層位置關系示意圖

工作面綜采設備為采煤機MG300/730-WD 型、液壓支架 ZZ6800/22/42 型、 刮板輸送機SGZ-764/264 型。根據采面回采巷道揭露地層情況及已有物探、鉆探資料顯示，11029 工作面回采范圍內存在多處斷層，其中F1～F3斷層落差均在0.5 m以內，對采面回采影響較小；F4斷層傾角55°、落差1.7 m 且斜穿整個工作面，對采面煤炭回采影響較為顯著。采面過斷層期間受到煤巖體穩定性差影響，導致頂板局部冒落、煤壁片幫等問題，采面推進速度較慢。為確保采面安全高效通過F4斷層，擬綜合使用松動爆破+圍巖注漿+撞鍥+吊棚支護等方式對弱化帶層帶巖體并對不穩定圍巖進行控制。

2 采面快速過斷層技術方案

2.1 松動爆破

F4斷層為落差1.7 m 正斷層，11029 綜采工作面在過斷層期間會揭露底板砂巖，由于該層砂巖較為堅硬，若采煤機直接截割不僅破巖效率低，而且推進速度緩慢。為此，提出使用松動爆破方式輔助采面過斷層。

在11029 工作面與斷層相距20 m 時，對采面進行調斜，具體調斜角度為11°，確保調斜后采面與F4斷層平行。采面調斜到位后進行俯斜破巖開采，為了降低采面破底留頂時對頂板穩定性影響，具體采用分層松動爆破方式弱化斷層帶巖體強度。具體在采面布置四排松動爆破鉆孔，具體鉆孔布置如下頁圖2 所示。第一排松動爆破鉆孔位于采面頂板下方0.5 m 處，爆破孔間、排距分別為2 000 mm、1 000 mm，鉆孔孔深均為1 200 mm、孔徑均為43 mm。單個松動爆破孔內均裝入300 g 乳化炸藥。松動爆破時先引爆采面下部兩排松動爆破鉆孔，待松動爆破距離達到50 m 時再起爆上部兩排松動爆破鉆孔。采面俯斜爆破回采20 m 后預計采面會揭露F4斷層上盤底板，此時采面應調整開采角度，確保回采巷道與采面垂直。

圖2 俯斜松動爆破鉆孔布置示意圖（單位：mm）

2.2 圍巖補強支護

在采面俯斜松動爆破過斷層期間，在斷層破碎帶內煤巖體穩定性整體較差，容易出現冒頂事故。為確保采面頂板巖層穩定性，綜合使用圍巖注漿+撞鍥+吊棚方式對頂板巖層進行強化支護。具體支護設計如圖3 所示。

圖3圍巖補強支護設計斷面圖

2.2.1 圍巖注漿

圍巖注漿選擇使用馬麗散漿液，該種注漿材料具有可注性強、膠結效果顯著等優點。選擇使用2ZBQ20/5 注漿泵進行注漿，注漿液中馬麗散、催化劑間按照1∶1 質量配比混合。采面內距離頂板0.5 m位置開始施工注漿鉆孔，鉆孔孔深、間距分別為5.0 m、3.0 m，仰角均為45°。注漿壓力3.0 MPa，單孔注漿時間10～15 min。

2.2.2 撞鍥布置

撞鍥施工的主要目的是避免頂板在超前采動應力作用下出現破碎、垮落事故。在采面距離頂板0.3 m位置施工一排孔深3.0 m、孔徑30 mm、仰角5°超前支護鉆孔，鉆孔間距均為1.0 m。超前鉆孔施工完畢后向孔內插入規格Φ25 mm×3 000 mm 螺紋鋼錨桿，錨桿錨固后使用2.5 m 夾板將連續的三根錨桿與頂板固定；撞鍥施工完成后液壓支架帶壓移架。

2.2.3 頂板吊棚支護

為進一步提高頂板巖層穩定性，采用恒阻錨索、工字鋼組成吊棚對頂板巖層進行控制。采用的恒阻錨索規格為Φ21.6 mm×4 000 mm、工字鋼為11 號工字鋼（長3.0 m），兩根恒阻錨索懸吊一根工字鋼，錨索間間距設計為1 750 mm，并在兩架液壓支架間空隙位置施工恒阻錨索。

采面與斷層相距20 m 位置時開始在采面頂板上施工第一排吊棚，吊棚布置在超前液壓支架前探梁0.15 m 位置，吊棚排距均為2.0 m 并采用邁步式布置。吊棚施工完成后應確保工字鋼與頂板密切接觸。

3 應用效果

采用俯斜松動爆破措施過斷層較強行破巖法可減少約0.8 m3破巖量，同時采煤機無須直接截割底板破碎巖層，故障率及零部件磨耗率明顯降低；與新開切眼相比，可直接降低巷道掘進費用約300 萬元，同時降低采面綜采設備搬家次數及過斷層時間。

在11029 綜采工作面采用俯斜松動爆破及針對性圍巖控制措施后，采面共計耗時12 d 通過F4斷層，采面過斷層期間仍保持4.0 m/d 推進速度，整體推進速度較快，實現了采面安全、快速過斷層目的。采面俯斜松動爆破過斷層期間頂板及液壓支架始終保持穩定，未出現支架傾倒、頂板冒落等問題。

4 結論

1）斷層是制約采面煤炭開采的常見構造類型，針對11029 綜采工作面與F4斷層賦存情況、采面開采技術等，提出使用俯斜松動爆破方式過斷層；針對斷層破碎帶頂板巖層穩定性較差，容易冒頂等問題，提出綜合使用圍巖注漿+撞鍥+吊棚等方式對圍巖進行補強加固。

2）針對采面具體情況，對俯斜松動爆破技術方案、采面頂板圍巖支護方案等進行設計。現場應用后，采面過斷層期間仍可保持4.0 m/d 推進速度，頂板巖層及液壓支架始終保持穩定，采煤機磨耗量及故障發生率等均明顯降低，實現了采面安全、快速過斷層目標。