8119綜采工作面過斷層回采工藝應用

陳澤罡

（晉能控股煤業集團白洞礦業公司，山西 大同 037031）

斷層侵入回采煤層后造成斷層兩盤煤體出現空間上位移，工作面在過斷層期間若不采取合理有效的回采工藝，不僅增加了工作面破巖量，降低煤炭回采率，而且會增加設備故障率，降低工作面回采效率。同時，受斷層影響，斷層帶附近煤體穩定性差、破碎嚴重，工作面過斷層時如不對頂板采取合理有效的控制技術，很容易出現支架壓死、端面頂板垮落事故，威脅工作面安全高效回采。本文以白洞礦8119工作面為研究對象，對工作面過F7斷層提出了仰斜上山回采工藝，并對其頂板采取聯合控制技術[1-5]，確保工作面安全快速過斷層帶。

1 概述

晉能控股煤業集團白洞礦業公司8119工作面位于C5#煤層301盤區南部右翼，工作面南部為實煤區，東部為本盤區回風、材料、皮帶巷，西部靠近礦界煤柱與塔山井田相鄰。2119巷南部為實煤區，5119巷北部與301盤區西部8105、8107面采空區相鄰，煤柱寬度為8 m。

8119工作面走向長度為1724 m，傾向長度為121 m。工作面回采的石炭系5#煤層，平均厚度為7.95 m，平均傾角為3°。煤層基本為一單斜構造，走向近于 E-W，向北傾斜。煤層普遍有3～8層夾石，夾石厚一般為0.10～0.30 m，局部達到0.70 m，夾石斷斷續續，不穩定。煤層頂底板巖性見表1。

表1 8119工作面5#煤層頂底板巖性匯總表

8119工作面采用綜合機械化低位放頂煤回采工藝，采煤高度為3.2 m，放煤高度為4.65 m。截至2021年4月19日工作面已回采450 m，工作面回采至436 m處時，位于工作面中部（42#～87#支架之間）煤壁揭露F7斷層，斷層落差為2.1 m，傾角為44°。斷層面位于42#～45#支架前方，其中42#～87#支架前方煤壁為斷層上盤，出現大面積巖體，以灰白色粉砂巖為主。通過在45#、55#、65#、75#支架前方煤壁施工長度為70 m探孔發現，F7斷層對工作面回采影響長度為54 m。

2 工作面回采現狀及回采工藝優化

2.1 工作面回采現狀

8119工作面揭露F7斷層后的初期，采用強行破巖法回采工藝，在1#～42#支架前方煤壁采煤機斜切進刀后前滾筒割煤、后滾筒掃底煤進行回采，當采煤機推進至42#支架時，采用前后滾筒交替往返割煤工藝，即前滾筒破巖深度為0.4 m，后滾筒二次破巖。破巖后采煤機退后至42#支架處進行出煤矸，往返割煤直至破巖深度達0.8 m為一個循環。

8119工作面采用強行破巖法過斷層時，采煤機破巖量大，通過實際計算，工作面強行破巖時破巖量達2450 m3，煤柱損失量達0.89萬t，不僅降低了工作面經濟效益，而且導致采空區內遺煤量大，很容易造成采空區煤層自燃，不利于采空區安全管理。同時，由于斷層揭露的巖體硬度高，單軸抗壓強度為48 MPa，采用采煤機強行破巖時，采煤機截割部負荷大，截齒磨損嚴重。通過現場觀察發現，工作面回采前期共計磨損67個截齒，截割電機燒毀一臺，設備維修費用達49萬元。

2.2 回采工藝優化

為了加快工作面過斷層速度，減少采煤機破巖量，降低采煤機故障率，減少采空區遺煤量，通過研究決定采用仰斜回采工藝。

（1）8119工作面仰斜回采前，對工作面進行偽斜調整，保證工作面煤壁、刮板輸送機調平，并將工作面煤矸清理干凈，及時將支架移架到位。

（2）將采煤機移至機頭處斜切進刀并對三角煤柱進行回采，采煤機正常回采至距斷層20 m處時調整采煤機割煤上山角，以7°仰角上山掘進，上山推進期間破上盤頂煤，留下盤底巖，如圖1。

圖1 8119工作面仰斜回采施工剖面示意圖（mm）

（3）當工作面仰斜回采30 m且完全進入下盤煤層底板后，再次調整采煤機回采角度進行近水平角度回采。工作面仰斜回采期間上滾筒往返割煤，下滾筒清煤。

（4）為了降低采煤機破巖期間故障率，仰斜回采過斷層下盤期間，對破巖厚度達0.8 m的巖體提前布置松動爆破孔進行爆破震動。松動爆破孔深度為0.8 m，間距為1.0 m，爆破孔內填裝一支毫秒延期電雷管以及300 g礦用乳化炸藥，單次爆破孔數不得超過3個。

3 仰斜回采期間圍巖耦合控制技術

3.1 耦合控制技術原理

煤巖體內部耦合控制技術是基于注漿與錨桿（索）聯合支護控制破碎圍巖，提高圍巖穩定性，達到提高圍巖承載能力，防止圍巖垮落的目的。該支護技術在注漿加固、錨桿（索）預緊作用下，使加固圍巖內部形成一個環狀承載圈；注漿時注漿液對圍巖松動圈進行粘接加固以及填充，改善圍巖力學性質，提高圍巖自身承載能力；采用錨桿（索）可將頂板及煤壁不穩定巖體進行固定預緊，防止圍巖片幫、離層，約束圍巖變形區、塑性區發展。

3.2 注漿加固

（1）8119工作面仰斜回采過程中需破斷層上盤頂煤，現場發現，仰斜期間32#～42#支架之間頂板破碎嚴重，支架支護效果差，最大端面距達1.5 m，煤壁片幫深度達1.2 m，在38#支架前方出現局部冒漏現象，所以32#～42#支架前方端面頂板為重點注漿加固區域。

（2）注漿鉆孔布置在32#～42#支架前方煤壁上，共計布置一排注漿鉆孔，鉆孔開口位置距離頂板1.0 m，鉆孔直徑為40 mm，深度為4.0 m，鉆孔仰角為50°，鉆孔布置間距為3.0 m，如圖2。鉆孔施工完后，依次對鉆孔進行注漿施工，注漿液為聚氨酯無機化學材料，注漿壓力為1.5 MPa。

圖2 8119工作面仰斜回采期間圍巖支護示意圖（mm）

3.3 錨桿（索）支護

對斷層區施工錨桿（索）可對不穩定圍巖施加約束力，錨桿可對圍巖表層煤巖體進行控制，防止垮落，錨索可將松軟煤巖體固定在穩定巖層上，從而形成一個穩定、加固的承載圈。根據現場觀察，決定對8119工作面斷層區巷幫采用錨桿支護，頂板采用桁架錨索支護。

（1）煤壁錨桿支護。為便于后期采煤機割煤，斷層帶處煤壁采用玻璃鋼錨桿進行支護，錨桿長度為2.0 m，直徑為20 mm，錨桿外露端配套一塊直徑為15 mm玻璃鋼托盤；煤壁施工一排護幫支護，錨桿距頂板間距為1.5 m，錨桿間距為2.0 m。

（2）頂板桁架錨索支護。為控制頂板下沉，削弱應力破壞作用，決定上山回采期間頂板施工桁架錨索支護。每組桁架錨索支護由兩根長度為4.3 m錨索、一根長度為0.5 m雙向張拉器以及兩根長度為1.5 m桁架拉桿組成。桁架錨索布置間距為1.5 m，布置排距為2.0 m。

4 應用效果

（1）與傳統強行破巖工作面過斷層回采工藝相比，采用仰斜回采工藝時，減少了采煤機破巖量1900 m3，增加煤柱回采量0.74萬t，提高工作面經濟效益700余萬元，后期采煤機截齒損壞僅11個，遠遠少于強行破巖工藝，也未出現采煤機電機、減速機燒毀事故，節約設備維修費用達28.7萬元。

（2）8119工作面仰斜回采期間頂板采取注漿、錨桿（索）耦合支護后，控制了煤壁片幫、端面頂板破碎現象，煤壁片幫深度最大0.4 m，端面距控制在0.6 m以下，未出現頂板嚴重破碎、頂板冒漏事故，液壓支架初撐力及工作阻力達95%以上。

5 結語

白洞礦針對8119工作面前期過F7斷層期間設備故障情況、圍巖控制情況以及回采情況主要存在的問題，合理優化過斷層回采工藝以及圍巖支護技術，采用仰斜上山回采工藝后解決了傳統回采時破巖量大、設備故障率高以及回采效率低等難題。采用頂板聯合控制技術后，避免了仰斜回采過程中受回采應力、構造應力集中影響，導致煤壁片幫、頂板破碎現象，保證了工作面安全快速過斷層破碎區，取得了顯著應用成效。