綜采工作面快速過斷層技術(shù)研究

李增飛

（汾西礦業(yè)集團正新煤焦公司和善煤礦，山西 長治 046500）

引言

斷層是綜采工作面煤炭回采時常見構(gòu)造類型，在斷層影響范圍內(nèi)煤巖體破碎，給采面回采巷道以及頂板管理帶來較大威脅?，F(xiàn)階段礦井常用的綜采工作面過斷層技術(shù)有強行破巖法、重開切眼法等，采面選用的過斷層技術(shù)應(yīng)與煤層及斷層賦存條件、煤層開采工藝等相適應(yīng)。使用采煤機直接截割巖層雖然可滿足采面推進需要,但是存在采煤機截割齒及刮板輸送機刮板鏈磨損嚴重、采面粉塵產(chǎn)生量大等問題,不利于采面經(jīng)濟高效推進。文章就以山西某礦11305 綜采工作面過F4 正斷層為工程背景，針對采面與斷層現(xiàn)場情況，采用回采巷道注漿加固、采煤松動爆破相結(jié)合方式過斷層，并依據(jù)現(xiàn)場實際情況制定過斷層技術(shù)方案及安全措施，實現(xiàn)了快速過斷層。

1 11305 綜采工作面工程概況

11305 綜采工作面開采的11 號煤埋深650 m，厚度4.0 m，傾角3°，煤層結(jié)構(gòu)簡單。工作面寬300 m，回采長度3 140 m。具體煤層底板巖性頂?shù)装鍘r層結(jié)構(gòu)見表1。11305 綜采工作面采用MGTY-710/1.1D采煤機割煤，采面斜長208 m，布置有112 臺型號ZY6400/21/35 液壓支架，8 臺ZY6400/17/38 端頭支架（機頭、機尾各4 架），采面內(nèi)刮板輸送機型號為SGZ-800/800，破碎機為PCM-100[1-3]。

表1 頂?shù)装鍘r層結(jié)構(gòu)

采面回采揭露的F4 斷層為正斷層，其落差約為1.7 m，傾角55°；與11305 工作面斜交，影響工作面走向推采長度56 m，對采面煤炭回采影響較為顯著。11305 綜采工作面揭露F4 斷層情況見圖1所示。

圖1 采面與斷層位置關(guān)系示意圖

為確保采面安全高效通過F4 斷層，擬在回采巷道內(nèi)進行注漿，并在采面內(nèi)綜合使用松動爆破+圍巖注漿+撞鍥+吊棚支護等方式對提高采面推進速度。

2 采面快速過斷層技術(shù)方案

回采巷道是確保采面通風(fēng)、運輸以及行人等的通道，為此在F4 斷層影響帶采用注漿方式對回采巷道進行加固，確保過斷層期間回采巷道穩(wěn)定；在F4斷層影響下采面存在一定巖層入侵情況，為此綜合采用松動爆破輔助破巖，撞鍥+注漿+錨索結(jié)合方式支護圍巖。

2.1 回采巷道超前注漿加固

為確保11305 工作面安全、快速通過F4 斷層，在采面過斷層前即在進風(fēng)巷、回風(fēng)巷內(nèi)布置注漿鉆孔對斷層影響區(qū)內(nèi)進行超前加固，避免頂頂冒落、煤壁片幫等問題。

2.1.1 進風(fēng)巷超前注漿鉆孔布置

在進風(fēng)巷內(nèi)布置的注漿鉆孔走向、傾向間距分別為4.0 m、6.0 m，每排布置2 個，具體施工時可依據(jù)現(xiàn)場條件對注漿孔布置參數(shù)進行調(diào)整。在進風(fēng)巷頂板靠近上幫300 mm 位置處施工孔深5 200 mm、孔徑42 mm、夾角50°注漿孔；在靠近下幫1 100 mm位置向頂板垂直布置孔深4 000 mm、孔徑42 mm 注漿孔。

2.1.2 回風(fēng)巷超前注漿鉆孔布置

在回風(fēng)巷內(nèi)布置的注漿鉆孔走向、傾向間隔分別為3.2 m、6.0 m，布置2 排鉆孔，具體注漿孔布置間隔可依據(jù)現(xiàn)場情況調(diào)整。在回風(fēng)巷靠近下幫300 mm 位置施工孔徑42 mm、孔深5 200 mm 注漿孔，鉆孔與巷道頂板間有50°角；在回風(fēng)巷靠近上幫1 000 mm 并垂直頂板布置注漿鉆孔，鉆孔孔徑42 mm、孔深4 000 mm。

具體采面回采巷道內(nèi)注漿鉆孔布置見圖2所示。

圖2 采面回采巷道內(nèi)注漿鉆孔布置示意圖（單位：mm）

2.2 采用松動爆破方式輔助破巖

在11305 工作面與斷層相距20 m 時，開采按照11°對采面調(diào)斜，并采用分層松動爆破方式弱化斷層帶巖體強度。在采面布置4 排松動爆破鉆孔，布置見圖3 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、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。

圖3 俯斜松動爆破鉆孔布置示意圖（單位：mm）

2.3 圍巖補強支護

在采面過斷層期間，為確保采面頂板巖層穩(wěn)定，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(shè)計見圖4 所示。

圖4 圍巖補強支護設(shè)計斷面圖

2.3.1 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(jié)效果顯著等優(yōu)點。選擇使用2ZBQ20/5 注漿泵進行注漿，注漿漿液中馬麗散、催化劑間按照1∶1 的質(zhì)量配比進行混合。采面內(nèi)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。

2.3.2 撞鍥布置

撞鍥施工的主要目的是避免頂板在超前采動應(yīng)力作用下出現(xiàn)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(nèi)插入規(guī)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(xù)的3 根錨桿與頂板固定；撞鍥施工完成后液壓支架帶壓移架。

2.3.3 頂板吊棚支護

為進一步提高頂板巖層穩(wěn)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(guī)格為Φ21.6 mm×4 000 mm、工字鋼為11 號工字鋼（長3.0 m），2 根恒阻錨索懸吊1 根工字鋼，錨索間間距設(shè)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 并采用邁步式方式布置。吊棚施工完成后應(yīng)確保工字鋼與頂板密切接觸。

3 應(yīng)用效果分析

11305 綜采工作面回采范圍內(nèi)斷層影響區(qū)約56m。綜采工作面采取文中提出的過斷層技術(shù)措施后，日均回采推進進尺保持在4.8 m/d，采面耗時12 d 過斷層影響區(qū)。采取的過斷層技術(shù)實現(xiàn)了采面安全、快速過斷層目的。采面俯斜撕松動爆破過斷層期間頂板以及液壓支架始終保持穩(wěn)定，未出現(xiàn)支架傾倒、頂板冒落等問題，僅在局部范圍內(nèi)煤壁出現(xiàn)小范圍片幫（片幫深度在0.5 m 以內(nèi)）[4-7]。

4 結(jié)論

1）11305 綜采工作面過F4 斷層期間采取采面開采技術(shù)等，提出采用注漿方式加固斷層影響區(qū)回采巷道，確保采面過斷層期間巷道使用安全。使用仰斜松動爆破方式過斷層，并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）采面綜合過斷層技術(shù)方案后，采面得以安全、順利、快速通過斷層影響區(qū)。在采面過斷層期間頂板、煤壁始終保持穩(wěn)定，未出現(xiàn)冒頂或者大面積片幫等問題，采煤機仍可保持較高的割煤（巖）速度，采面推進速度仍可達到4.8 m/d。采煤機磨耗量以及故障發(fā)生率等均明顯降低，實現(xiàn)了采面安全、快速過斷層目標。