斷層發育回采工作面安全撤除技術研究及應用實踐

沈中華

（兗煤菏澤能化有限公司趙樓煤礦，山東 菏澤 274900）

1 工程概況

趙樓煤礦煤層埋深大，褶皺和斷層構造較發育。5304 綜放工作面掘進過程中共揭露斷層12 條。回采過程中，斷層造成工作面頂板管理困難。末采期間，運輸順槽揭露的Fd47 正斷層，落差20.5 m，軌道順槽揭露的F5303 正斷層，落差1.8 m。停采線位置受斷層影響，礦壓顯現明顯、頂板破碎，工作面內及兩順槽煤壁裂隙發育，工作面內片幫、順槽兩幫收縮，給工作面回撤造成較大影響。

2 工作面區域全場錨固加固

2.1 加固破碎頂板及煤壁

（1）加固方法。受構造影響，工作面兩順槽超前段頂板比較破碎，煤壁塑性破壞，部分主動支護失效，通過注漿對破碎頂板及煤壁進行加固，漿液注射進煤巖層后通過微細裂縫滲透、膨脹凝固、黏合加固，增大煤壁及頂板的完整性，在加固原有支護的基礎上，保證二次支護效果。

（2）注漿參數。5304 工作面停采線以外50 m范圍內，每5 m 布置一組注漿孔，每組7 個注漿孔，頂板3 個，兩側幫部各2 個。其中頂板巷中布置一個鉆孔，巷道中心線左右各偏2 m 分別布置一個鉆孔，鉆孔與巷道頂板呈45°夾角斜向上，孔深4 m。幫部底板以上1 m 布置一個，向上1 m 位置布置第二個孔，孔深6 m，垂直于煤壁，布孔位置選擇時可根據現場條件進行調整。

（3）注漿工藝。打眼—埋設注漿—安裝封口器—用高壓膠管連接注射槍和注漿泵—將兩根管插入裝有漿液容器內—開泵注漿—沖洗機具—停泵—拆卸注射槍。注液加固系統設備及工藝圖如圖1。

圖1 注液加固系統設備及工藝圖

2.2 加強主動支護

（1）工作面內頂板支護。割完倒數第二刀時，在護幫板中間位置架間垂直頂板施工一排Φ20 mm×2500 mm/KMG500 左旋無縱筋全螺紋錨桿，間距1.75 m。工作面機窩處空頂較多，頂部按間距0.8 m 加打一排錨桿。割完最后一刀，在肩窩處按照與水平呈75o夾角斜向上施工一排Φ20 mm×2500 mm/KMG500 左旋無縱筋全螺紋錨桿，間距1.75 m。頂板及肩窩錨桿均使用1 根CK2370 型和1 根CKb2350 型錨固劑，錨桿托盤壓緊網子和煤壁，預緊力不小于300 N·m，錨桿外露10～50 mm，用單體液壓支柱配合半圓木頂緊肩窩柔性網，并起臨時支護作用。

（2）工作面內煤壁支護。煤壁布置三排Φ20 mm×2000 mm/KMG500 左旋無縱筋全螺紋錨桿，水平施工，錨桿間距1.1 m，排距1.75 m。三排錨桿矩形布置，其中每排頂部錨桿距頂板不超過0.8 m，下部錨桿距底板不超過0.5 m。施工過程中可根據現場采高情況適當增加錨桿排數，工作面施工完煤壁錨桿后，在上部錨桿上方施工一排錨索鋼帶，錨索居支架中心位置垂直煤壁施工。T 型鋼帶參數：長×寬×厚=2000 mm×140 mm×10 mm，鋼帶為2 孔，孔間距1.75 m。每根鋼帶配2 根Φ22 mm×3500 mm 高強度低松弛預應力鋼絞線及配套鎖具進行支護。工作面煤壁支護示意圖如圖2。

圖2 工作面煤壁支護示意圖（mm）

（3）兩端頭支護。兩端頭10 組支架范圍內，除正常施工錨桿支護外，在頂板以下1.8～2.0 m 處再施工一排傾向錨索鋼帶加固煤幫，錨索間距1.7 m。割最后一刀煤時，沿走向在2～5#、113～116#架每架上1 根3.3 m 長12#礦用工字鋼，1#、117#架上4.8 m 長12#礦用工字鋼2 根，并在工字鋼頭上支設1棵單體液壓支柱，或靠煤壁肩窩距工字鋼頭不小于300 mm 處施工錨索鋼帶梁托住工字鋼，鋼帶收尾孔使用1 根錨索，每根鋼帶不少于3 根錨索。為便于設備外運時調向，在工作面兩端頭三角區分別施工一個不小于3.0 m×3.0 m 的抹角。抹角人工使用風鎬施工，每施工1.0 m 的距離后及時施工頂板錨桿，錨桿使用Φ25 mm×2500 mm/KMG500 左旋無縱筋全螺紋錨桿，間排距1.0 m×1.0 m。抹角完畢后，施工頂幫錨桿，并在機頭、機尾5 組液壓支架內伸縮梁前頭沿傾向方向打一路錨索鋼帶加強對端頭三角點頂板維護。工作面端頭及兩順槽頂板加強支護如圖3。

圖3 工作面端頭及兩順槽頂板加強支護

（4）兩順槽支護。工作面兩順槽停采線以外前30 m 范圍內，頂板施工傾向錨索工字鋼棚，排距0.8 m，錨索采用Φ22 mm×6200 mm，一根工字鋼施工三根錨索，沿工字鋼軸向均勻布置。幫部在原有支護的基礎上，施工Φ22 mm×4500 mm 錨索，錨索間排距1.2 m×1.0 m。

3 優化工藝

3.1 末采期間回采工藝

因工作面兩巷落差較大，正常回采期間，為控制刮板輸送機上竄下滑，調整兩端頭進尺，軌順進尺超前運順30 m，末采期間需要提前進行調面，因停采線鄰近斷層，調面時除防止刮板輸送機的上竄下滑還要考慮與斷層面夾角，盡可能增大夾角度數[1]，防止大面積冒頂。軌道順槽側距離停采線50 m處開始進行調面生產，調面過程中除考慮兩端進尺及落差外，將Fd47 斷層與工作面夾角作為調面的主要考量參數。Fd47 正斷層鄰近工作面運輸順槽，且運輸順槽側滯后，需快速增大運輸順槽側進尺，在迅速找齊工作面兩端進尺的同時，增大工作面與Fd47 斷層的夾角，同時為了控制刮板輸送機下滑，盡可能減小動作刮板輸送機所占比例。基于以上考慮，采用虛中心扇形開采的方法[2]，即采煤機割通運順側端頭后，端頭斜切進刀至20#架，割通后，斜切進刀至40#架，再次割通后，斜切進刀至60#號架，割通后，返機割通刀，以此為一個循環，即一頭三尾。相較于傳統按比例調面工藝，在快速找齊兩端進尺的同時，在一個循環內，盡可能減小動作刮板輸送機所占比例，防止刮板輸送機上竄下滑，同時增大工作面與斷層夾角，防止頂板大面積冒落。最終在鄰近停采線20 m時，工作面與停采線調平行。

3.2 優化撤除工藝

工作面停采線位置礦壓顯現明顯，頂板破碎，為防止回撤期間工作面及兩順槽頂板破碎影響回撤，優化了傳統回撤工藝。

（1）優化設備回采順序。工作面傳統回采順序是由外向里回撤[3]，即先回撤工作面外圍設備如電站、泵站、帶式輸送機、兩順槽順槽支架，然后回撤工作面內設備。考慮回撤期間兩順槽及工作面頂板維護問題，故將工作面乳化液泵站、兩順槽順槽支架最后回撤。工作面回撤前施工泵站硐室，留一泵一箱，放置至泵站硐室。順槽支架緊貼順槽兩側幫部，與施工的傾向錨索工字鋼棚配合，形成錨索工字鋼棚加順槽支架聯合支護的支護形式，保證回撤期間兩順槽支護強度，待工作面所有設備回撤完畢后，最后回撤順槽支架。

（2）合理撤除液壓支架。液壓支架撤除采用“后退式全斷面掩護支架法”進行[4]，即每撤除一個支架前移一次掩護支架，保證工作空間始終在液壓支架的有效支撐空間內，按照抽撤正常架→填安掩護支架→調正掩護架的形式，形成兩套掩護支架。拉移掩護架期間，在架頂及時上工字鋼，鋼梁露頭端支設單體，升實掩護架后回撤掩護支架后的單體、工字鋼，轉入下一組支架的回撤循環。通過以上方法依次回撤工作面內的其余支架。每回撤一個支架后及時拉移掩護架。拉移掩護架時，先拉老空側或中間側掩護架，再拉煤壁側掩護架。掩護架拉移到位后，拆除架間管路，接通臨時供液管路，給支架供液。降架觀察頂板無破網、漏頂現象時，繼續降架。若有破網及時修補，若支架上方有易滾落的前探工字鋼，則可先將該組支架與鄰架的護幫板收回，在前探工字鋼下架設道木或半圓木，再把鄰架護幫板打出并將之前所上道木或半圓木拖住，以免降待撤支架時架頂工字鋼滾落。待撤支架拐頭調出后及時在半圓木（道木）所拖工字鋼下方支打臨時點柱支護頂板并連好防倒繩，待煤壁側掩護架拉完后升架時要密切觀察點柱，防止倒柱并根據需要及時補壓。

4 結論

對斷層構造影響區域頂板及煤壁進行注漿加固，確保原有支護的支護效果，配合工作面頂板、幫部、兩端頭等重點區域的二次高強度支護，實現回撤前全場錨固的效果；采用優化回撤工藝，盡可能保留原有工作面及巷道被動支護。通過以上措施的實施，斷層構造頂板破碎區域兩幫收斂得到有效控制，漏頂、片幫得到有效防治，工作面得到安全快速回撤。