綜采工作面過F1 正交逆斷層安全開采實踐

段元帥 吳正全 孫延民

（山東萬祥礦業(yè)有限公司，山東 濟(jì)南 271107）

1 概況

6198 工作面位于-740 m 水平下部采區(qū)，南部為6197 采空區(qū)，北部為未開采區(qū)域。6198 上巷在掘進(jìn)過程中在導(dǎo)25 點以西42 m 處揭露F1 逆斷層，落差3.4 m，由于施工巷道高3.8 m，掘進(jìn)施工期間未形成全巖巷道段。6198 運輸巷在導(dǎo)15 點以東15 m 處揭露斷層落差4.5 m，在巷道內(nèi)有20 m 巖石段（在19 層煤頂板巖層中），該斷層走向30°～40°，傾向120°～130°，落差3.4～4.5 m，斷層貫穿整個工作面。從兩巷實際揭露F1 逆斷層的情況看，斷層造成圍巖頂板破碎、煤層缺失、變薄，對工作面回采影響較大。6198 工作面與F1 逆斷層相對位置如圖1。

圖1 6198 工作面與F1 逆斷層相對位置圖

6198 工作面采用走向長壁后退式采煤法，全部垮落法管理頂板，采用綜合機械化采煤。MG300/700-WD 型采煤機落煤、裝煤，SGZ-730/630 型刮板輸送機運煤，ZY5200/18/38D 型掩護(hù)式液壓支架支護(hù)頂板，運輸巷采用ZQ4000/19/30D型超前支架支護(hù)，上巷采用ZQ4000/19/30D 型與ZQ4000/18/36 型超前支架支護(hù)巷道頂板。采高2.6～3.4 m，循環(huán)進(jìn)度為0.8 m。

2 工作面過斷層期間存在的不利因素

（1）斷層附近頂板較破碎，礦山壓力顯現(xiàn)明顯，易片幫，頂板易冒落。拉架時，架間極易漏矸，造成拉架困難，頂板管理難度大。

（2）過斷層期間工作面要從下盤過渡到上盤煤層，工作面大面積揭露巖層，增加了工作面推采難度，影響煤質(zhì)。

（3）工作面過斷層工程量大，給采煤機、工作面刮板運輸機、液壓支架等設(shè)備造成很大的損壞，設(shè)備材料備件損耗加大，影響工作面推采速度。

（4）工作面在調(diào)采期間若推進(jìn)速度慢，容易引起采空區(qū)遺煤自然發(fā)火。

3 過斷層安全技術(shù)措施[1]

3.1 頂板加固技術(shù)措施

（1）過斷層前為防止斷層帶頂板破碎，在上巷斷層揭露處上下盤沿煤層頂板傾向施工注漿鉆孔6 個，孔深平均70 m，超前注漿加固，增加破碎帶的完整性。

（2）過斷層期間，臨近斷層10 m 范圍，全面吃金屬菱形網(wǎng)，工作面采高控制在2.3～2.5 m，支架立柱活柱量不得低于200 mm，防止頂板來壓造成工作面壓死支架。

（3）采用拉超前支架的方法支護(hù)頂板，并及時打開護(hù)幫板護(hù)幫，防止煤壁片幫。當(dāng)端面距超過340 mm 時，在煤壁側(cè)支設(shè)貼幫柱，貼幫支柱與電纜架里側(cè)間距不小于2.3 m，貼幫柱柱距為1.5 m，采用單體液壓支柱。貼幫柱隨支隨拴牢防倒繩，防倒繩拴在護(hù)幫板吊掛孔或木料上，初撐力不低于90 kN。煤壁側(cè)支設(shè)貼幫柱施工如圖2。

圖2 煤壁側(cè)支設(shè)貼幫柱施工圖（mm）

（4）頂板破碎及片幫嚴(yán)重時，采用支設(shè)貼幫支柱、補打錨桿聯(lián)合加固的方法支護(hù)頂板。頂板錨桿傾向煤壁與頂板夾角為70°～75°，錨桿間距1.5 m，并壓金屬菱形網(wǎng)支護(hù)頂板。封幫錨桿頂板下1 m 沿煤層水平方向施工，錨桿間距1.5 m。金屬菱形網(wǎng)（長×寬=7000 mm×900 mm，網(wǎng)孔為50 mm×50 mm），錨桿采用Ф20 mm 全螺紋等強錨桿，長2.0 m。工作面頂板打錨桿支護(hù)設(shè)計如圖3。

圖3 工作面頂板打錨桿支護(hù)設(shè)計平面圖（mm）

為進(jìn)一步加強頂板控制，對破碎段及煤壁易片幫段超前注高分子加固材料進(jìn)行充填加固。維護(hù)好頂板后，人工擴(kuò)幫改單體支柱，確保機組牽引時不受影響，及時向前移溜、拉超前支架。

（5）支架頂梁不接頂時，必須用木料在頂梁上按“#”字形穿頂接實，木料上方必須采用竹笆或金屬網(wǎng)護(hù)頂。

3.2 控底技術(shù)措施

（1）對F1 逆斷層西邊現(xiàn)工作面進(jìn)行導(dǎo)線測量，準(zhǔn)確測出工作面10、20、40、60、80、100 號支架處機道煤層頂板平面坐標(biāo)及標(biāo)高。

（2）在6198 上巷距F1 逆斷層以東5 m 煤層正常處，測量煤層頂板標(biāo)高及平面坐標(biāo)。

（3）把6198 上巷測量煤層頂板標(biāo)高與運輸巷測量的煤層頂板標(biāo)高硬聯(lián)，解算煤層坡度。

（4）將工作面10、20、40、60、80、100 號支架處機道煤層頂板標(biāo)高，向東沿走向方向延伸相交于上、下兩巷正常煤層頂板坡度連線上，再根據(jù)上、下巷煤層到交點的平距將煤層頂板標(biāo)高推算至交點上，從而解算出斷層?xùn)|西兩側(cè)煤層高差及坡度進(jìn)行起底。工作面起底平面圖如圖4。

圖4 工作面起底平面圖

（5）根據(jù)解算高差及坡度指導(dǎo)工作面推采過程中煤層破頂高度，當(dāng)工作面每向前推采5 m，再測量工作面10、20、40、60、80、100 號支架處機道煤層頂板標(biāo)高，計算破頂及斷層兩側(cè)高差，根據(jù)數(shù)據(jù)調(diào)整破頂高度，直至過完斷層。

（6）在推采期間，備齊起吊溜子的工具和材料，出現(xiàn)超高和溜子不平時，及時墊溜子保持運輸機平、直、穩(wěn)。

4 施工安全措施

4.1 頂板安全措施

頂板破碎鋪聯(lián)網(wǎng)時，兩人一組，一人鋪網(wǎng)并拉緊、一人聯(lián)網(wǎng)。工作面聯(lián)好網(wǎng)后，將網(wǎng)向老塘側(cè)拉緊并吊掛在頂梁上，不得妨礙機組運行。鋪聯(lián)網(wǎng)要超前工作面一茬，按自上而下的順序依次進(jìn)行。聯(lián)網(wǎng)時，走向、傾向必須用金屬串簧聯(lián)接牢固，串簧頭搭接不小于0.1 m，頂梁前余網(wǎng)不小于0.3 m。第一排網(wǎng)邊與2 寸6 m 長鐵管用10#鐵絲捆在一起。每鋪設(shè)完一個金屬菱形網(wǎng)后，及時打開液壓支架的護(hù)幫板，把金屬菱形網(wǎng)頂在護(hù)幫板上面，多余的金屬菱形網(wǎng)卷起吊掛好。煤機推進(jìn)一刀（0.6 m），當(dāng)寬度大于金屬菱形網(wǎng)寬度時，再沿傾向鋪設(shè)金屬菱形網(wǎng)。

（1）頂板及煤壁超前注入高分子加固材料加固安全措施

① 首先由施工負(fù)責(zé)人在煤壁側(cè)以半徑3.5 m 為圓心選取施工地點，確定加固注入點。采用730 溜子將工具及材料運至施工地點，氣動注漿泵采用人工運送，嚴(yán)禁采用工作面溜子運送。

② 在施工地點采用錨索機配1.0 m 接長式鉆釬濕式打眼。打眼時，定好眼位，開孔眼位選取范圍為距頂板1.5～2 m，孔深6 m，夾角不小于20°～35°，穿透頂板不小于1.5 m。

③ 開孔合格后，在孔內(nèi)安設(shè)注射管，長度3～4 m，并采用套筒連接牢固。氣動注漿泵與注射管連接好，對施工人員進(jìn)行責(zé)任分工，開始對施工地點進(jìn)行注射高分子加固材料。

④ 若斷層處因頂板破碎、壓力大發(fā)生漏頂、片幫嚴(yán)重時，必須及時停機、停溜，待頂板穩(wěn)定后，采用專用長把工具進(jìn)行敲幫問頂，摘除危巖懸矸，并仔細(xì)觀察頂板和支架情況。施工人員要先對漏頂周圍的支架進(jìn)行加固，控制其范圍擴(kuò)展。

（2）頂板錨桿施工安全措施

① 施工前，首先進(jìn)行安全檢查，檢查工作面頂板及支護(hù)情況，并必須停機停溜子，在施工地點以上5 m 處打好全封閉遮擋。

② 施工過程中，必須由現(xiàn)場的班組長和安監(jiān)員隨時執(zhí)行好敲幫問頂制度，隨時摘掉危巖懸矸和松動的煤幫。

③ 施工人員必須在牢固的臨時支護(hù)或永久支護(hù)下進(jìn)行施工，并由有經(jīng)驗的老工人專門進(jìn)行安全檢查和監(jiān)護(hù)，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。

④ 打眼前，要先敲幫問頂，仔細(xì)檢查頂幫圍巖情況，摘掉危巖懸矸，確認(rèn)安全后方可開始工作。采用錨桿鉆機配B19 中空六棱接長式鉆桿和直徑Ф32 mm 柱齒型鉆頭濕式打眼，保證錨桿眼的角度與頂板的夾角70°～75°，錨桿眼深度應(yīng)與錨桿長度相匹配。打眼時應(yīng)在釬子上做好標(biāo)記。錨桿眼打好后，應(yīng)將眼內(nèi)的巖渣、積水清理干凈。

（3）封幫錨桿打眼安全措施

① 打眼工要躲開眼口方向，站在風(fēng)鉆側(cè)面，兩腿前后錯開，腳蹬實底，禁止踩空或騎在氣腿上打眼，禁止風(fēng)鉆前方或鉆桿下方站人。

WindML的圖形界面基于像素，用顏色匹配表說明位圖中的顏色。首先在顏色匹配表上設(shè)置一種顏色的紅、綠、藍(lán)亮度值，然后用位圖陣列中的每個像素值索引值代表該點在顏色匹配表中的顏色。

② 正常打眼時，打眼工一手扶住風(fēng)鉆的把柄，一手調(diào)節(jié)操縱閥和鉆架調(diào)節(jié)閥，并根據(jù)鉆進(jìn)情況隨時調(diào)節(jié)水量。

③ 鉆眼中，發(fā)現(xiàn)鉆頭合金片脫落，鉆桿彎曲或中心孔不導(dǎo)水時，必須及時更換鉆頭或鉆桿；發(fā)現(xiàn)鉆眼機具的零部件、設(shè)施等出現(xiàn)異常情況時，必須停鉆處理。打眼時采用濕式打眼，嚴(yán)禁干打眼。

4.2 支架起底座撇底安全措施

（1）工作面撇底期間需要吊墊溜子時，必須停機停溜，煤機距離吊墊點不得小于20 m，一次吊墊高度不得超過0.4 m。

（2）起吊裝置安裝完畢，人員全部撤出機道，確保安全后方可進(jìn)行起吊。人員需進(jìn)入機道時，嚴(yán)格按照人員進(jìn)入機道管理制度執(zhí)行。

（3）施工結(jié)束后，施工所用的支護(hù)材料、工具及雜物等必須及時清理干凈，嚴(yán)禁存放在工作面，防止拉架移溜擠崩傷人。

5 效果分析

（2）通過超前對易片幫及工作面兩端頭煤壁側(cè)（5 m 范圍）超前注高分子加固材料，使已破碎的煤、巖層形成一個整體，加大煤壁側(cè)的完整性，減少煤壁片幫及頂板事故的發(fā)生。

（3）臨近斷層隨推采隨掛金屬菱形網(wǎng)，防止支架頂梁老塘側(cè)頂板冒落，煤壁側(cè)破碎嚴(yán)重段采用木料維護(hù)頂板并配合高分子材料超前加固聯(lián)合支護(hù)頂板方式控制頂板冒落范圍，從而減少了頂板大范圍的冒落，使工作面安全穩(wěn)定由下盤過渡上盤煤層。

6 結(jié)論

（1）6198 工作面過斷層期間通過采用測量控制高差提前起坡、頂板鋪網(wǎng)打錨桿、煤壁加固、超前注漿等措施，安全快速采過了落差4.5 m 左右的逆斷層，緩解了綜采工作面接替緊張的現(xiàn)象。

（2）通過一系列安全技術(shù)措施，提高了工作面過斷層速度，避免了由于推采過斷層較慢引起的自然發(fā)火等隱患，保證了工作面安全開采。