綜采工作面過地質構造破碎帶技術研究

楊闊晨

（汾西礦業宜興煤業有限責任公司，山西 孝義 032300）

綜采是現階段礦井最為普遍開采工藝，具有機械化程度高、勞動強度低以及安全系數高等優點，作業人員處于液壓支架保護環境下工作[1-2]。但是當綜采工作面回采遇地質構造時，掘進范圍內圍巖破碎，存在頂板冒落或者煤壁片幫等安全風險，從而給綜采工作面回采安全帶來一定影響[3-5]。礦井回采時常見構成類型包括斷層、褶曲以及陷落柱等，若采用跳采法即重新開掘切眼方式過地質構造則存在煤炭資源浪費、經濟效益不佳等問題，因此對于落差不大的斷層或者影響范圍較小的陷落柱一般采用平推直過方法[6-7]。文中就以山西某礦11201 綜采工作面回采過DF19斷層破碎帶為工程實例，對采面過斷層技術以及采用的安全措施進行分析，以期為其他礦井類似采面過斷層提供經驗參考。

1 工程概況

某礦11201 綜采工作面埋深平均380 m，采面設計走向推進長度890 m、傾向長度226 m，開采11 號煤層，煤層厚度平均4.2 m、傾角平均5°。11 號煤層頂底板巖性以粉砂巖、砂質泥巖為主，具體11 號煤層頂底板巖性參數見表1 所示。根據回采巷道揭露地層情況以及瓦斯抽采鉆孔探測情況預測，11201 綜采工作面在回采過程中會揭露F18、F19，其中F19 斷層對采面回采影響明顯，具體采面開采的11 號煤層與斷層位置關系見圖1 所示。在F19 斷層破碎帶內煤巖體裂隙發育，為此，文中對采面過F19 斷層以及破碎帶圍巖控制技術展開分析。

表1 11 號煤層頂底板巖性

圖1 11 號煤層及斷層地質剖面圖

2 綜采工作面過F19 斷層技術

2.1 采面回采高度的調整

11201 綜采工作面具有開采高度大特點，頂板控制難度相對較高，特別是采面回采推進至斷層破碎帶時，如何確保頂板穩定并減少采煤機矸石截割量是重要重點考慮的問題。為此，提出在采面與F19 斷層相距一定距離時即開始調整開采角度，考慮到采面內液壓支架、采煤機以及刮板輸送機穩定性，設計起坡角度應控制在13°以內，具體采面開始起坡位置可通過下述公式計算：

式中：β 為采面起坡角，（°）；α 為開采的11 號煤層傾角，（°）；H 為揭露的F19 斷層落差，m；L 起坡點與斷層距離，m。

根據11201 綜采工作面以及揭露的F19 斷層參數，確定合理的起坡距離為20 m。在采面回采至F19斷層附近時，液壓支架在構造應力作用下會有所增加，甚至部分液壓支架安全閥開啟。為避免頂板位置矸石冒落甚至液壓支架出現壓架問題，在采面回采推進至F19 斷層破碎帶期間將回采高度降低至3.5 m，具體見圖2 所示。同時采用支柱穿鞋、連鎖棚、布置帶帽戧柱等方式強化頂板巖層控制；適當減少液壓支架水平支護力，將最大水平支護力降低至500 kN，從而降低支架傾倒風險。

2.2 破碎帶注漿加固

在11201 綜采工作面過F19 斷層破碎帶期間，為提高破碎帶內煤巖體強度并形成一個完整的、具有一定承載能力的結構，提出采用超前注漿方式對破碎帶進行加固。注漿孔沿著采面傾斜方向均勻布置，注漿孔間隔距離設計為3 m、孔深設計為10 m、仰角15°，鉆孔開孔布置在頂板下方2.5 m 處，具體布置見圖2所示。

圖2 采面調整采高及注漿鉆孔布置示意圖

注漿選擇水泥-水玻璃雙液漿，水泥漿水灰質量比設計為0.6∶1.0，添加的水玻璃模數為2.8～3.2、濃度48～55°Bé。具體在過F19 斷層破碎帶期間注漿流程見圖3 所示。

圖3 注漿工藝流程

注漿鉆孔封孔深度初步設計為0.8 m，具體封孔深度可根據現場條件調整。注漿壓力過大或導致圍巖產生新的裂隙、壓力過小則注漿時間過長、注漿量過小，本次注漿根據工程類比法確定，設計為6～8 MPa。鉆孔注漿時若長時間內不升壓，則注漿采用間歇方式，間歇時間應小于注漿材料初凝時間。注漿結束標準為注漿達到設計壓力、注漿口漏漿嚴重或者采面煤壁漿液出現外滲。

2.3 頂板管理措施

在11201 綜采工作面過斷層破碎帶期間，為避免頂板冒落以及煤壁片幫等問題發生，應嚴格控制采面液壓支架支撐性能，確保支架頂梁與頂板密切接觸，采煤機割煤完成后及時伸出護幫板給煤壁一定的水平支護力。液壓支架前移過程中應盡量采用帶壓移架，若現場帶壓移架存在困難時則應盡量減少支架沉降量并通過快速移動、快速升架對頂板進行支撐。

3 采面過斷層破碎帶效果分析

11201 綜采工作面采用文中所述過斷層以及破碎帶圍巖加固措施后，采面過斷層效率以及安全系數均得以提升。相對于傳統的過斷層技術方法，文中所提方案可減少斷層時間約5 d，同時采面在過斷層破碎帶期間頂板、巷幫始終保持穩定，未出現頂板、液壓支架失穩，煤壁片幫等情況。現場應用實踐表明，文中所提采面過斷層技術具有較強的適應性，可滿足采面過斷層破碎帶圍巖控制需求，并可為采面高效回采創造良好條件。

4 結論

以某礦11201 綜采工作面過F19 斷層破碎帶為工程背景，根據采面與斷層位置關系、采面開采情況，提出采用仰斜開采方式過F19 斷層，并通過調整采高、破碎帶煤巖體注漿等方式降低采面過斷層期間礦壓顯現強度以及圍巖控制難度。現場應用后，某礦11201 綜采工作面得以安全快速通過F19 斷層，期間采面未出現頂板冒落、液壓支架失穩以及煤壁片幫等問題。