綜放工作面過正斷層安全技術工藝實踐

田兆川

（山西高河能源有限公司，山西 長治 047100）

我國煤礦地質構造廣泛發育，煤巖層結構、物理力學參數差異較大[1-2]。在現場生產過程中，需結合具體開采參數、地質構造參數采取不同的技術工藝，以保證工作面開采安全[3-4]。

1 概況

高河能源W4302 工作面北臨W4301 工作面（已采區），東接+450 m 水平南翼大巷，西為礦界，南為未采區。W4302 工作面切眼長325 m，膠帶順槽全長1859 m，回風順槽全長1636 m，工作面設計可采長度1306 m。該工作面開采3 號煤層，均厚5.74 m，埋深383.4～456.8 m，煤層傾角平均5°，煤層松軟，普氏硬度小于1，綜采放頂煤開采，采高3.5 m，放煤高度3.24 m。3 號煤層直接頂為砂質泥巖、泥質粉砂巖，均厚3.1 m；基本頂為粉砂巖、泥巖，均厚25.4 m；直接底為泥巖、砂質泥巖，均厚7.8 m；基本底為粉砂巖、細粒砂巖，均厚12.4 m。高河能源屬于高瓦斯礦井，W4302 工作面經抽采后瓦斯含量5.956 5 m3/t，可解析瓦斯含量3.753 7 m3/t，殘存瓦斯含量2.202 8 m3/t。

根據工作面順槽巷道掘進過程中揭露及鉆探情況，回采區域Fw180 正斷層對工作面影響最大。Fw180 斷層，走向107°，傾向197°，傾角50°，落差2 m，與工作面夾角在52°～73°。工作面內斷層分布29.6 m，推進方向影響長度為95.3 m。斷層和工作面位置關系如圖1。

圖1 斷層和工作面位置關系示意圖（m）

2 安全過斷層技術工藝

2.1 斷層探測

為及時掌握斷層走向、落差的變化情況，回采過程中對工作面即將揭露斷層區域進行鉆探，如下：

（1）根據工作面進風順槽揭露斷層位置，在工作面進風順槽推進至764 m 時，開始在工作面170#～190#架范圍打鉆探測，打鉆位置為距底板往上1.5 m位置正前方打探眼，以0°、-5°、-10°打探眼，探明斷層位置及落差，現場根據實際情況調整打孔角度，其中0°鉆孔探測長度為20 m。

（2）探測過程中若發現斷層落差與預計有偏差時，應根據探測情況，重新確定斷層參數，并對工作面狀態做出相應調整。

（3）進入斷層后，隊組每天安排修巷班人員在已經過斷層留底煤區段隔5 架探一次頂底煤厚度，隨時掌握頂底板變化情況，并對工作面進行相應調整。

2.2 工作面管理

根據探測的Fw180 斷層落差與走向參數，過斷層期間采取如下技術措施：

（1）調整工作面漂高留底煤

① 工作面以20 架范圍作為1 個留底煤漂高區域，以14 架為一個過渡區域朝機頭方向依次交替揭露并通過Fw180 正斷層。

② 工作面推進764 m 時，工作面170#架～190#架開始整體留底煤漂溜，其余支架沿底板推進，在割煤時每刀漂高100 mm，直至留底煤厚度達到2 m，隨后動態保持留底煤2 m 高度，直至通過180#斷層預揭露點。170#架～190#架為漂高段，156#架～170#架為過渡段，這兩個區域必須在保證前部運輸機平緩過渡（前部運輸機起漂后機頭至機尾方向理論最大角度6°）的情況下漂高。當180#架揭露斷層后，已過斷層區域完全沿底板推進。當工作面采高范圍內底板出現1 m 以上巖石，采煤機無法切割時，必須采取爆破方式松動巖石過斷層，使工作面支架與巷道支架都能平緩通過Fw180 斷層。

③ 根據斷層參數，工作面揭露Fw180 斷層后會以每4 刀煤1 架的速度通過斷層，要求工作面170#～190#已過Fw180 斷層段及時沿底板推進，156#～170#架通過斷層揭露點后，未通過區域在保證底煤厚度的情況下，水平推進通過Fw180 斷層。

（2）根據底煤厚度及時調整工作面

過斷層期間，通過每天探測的頂底煤厚數據對大溜漂高程度進行調整，保證漂高段順利通過斷層揭露點并沿斷層上盤底板推進。

（3）嚴格控制工作面采高，及時移架不放頂煤

① 過斷層期間，過斷層區域采高控制在（3.2±0.1）m，非過斷層段保持正常（3.5±0.2）m 采高回采。工作面控制好采高，機組嚴禁強行割底板石頭。

② 斷層面附近圍巖破碎，在過斷層區域應及時移架，并加強支架初撐力管理，保證支架及時支護頂板。

③ 在工作面內斷層影響區域及兩側5 個支架范圍內不放頂煤，保證頂板安全。

2.3 煤壁注漿

（1）鉆孔參數

由于斷層影響區域煤壁破碎、片幫，對工作面內斷層揭露區域的煤壁和頂板進行注漿加固[5-6]。注漿鉆孔三花布置，上排鉆孔距離底板2.5 m，孔底到頂板，鉆孔仰角根據頂板厚度調整；下排鉆孔距底板1.5 m，仰角5°。鉆孔深度均為8 m，直徑均為42 mm，鉆孔間距為8 m。采用ZQS-50/118S 風動煤鉆或KZRS31.5-105/380 礦用乳化液鉆機進行施工。

（2）注漿參數

煤壁注漿采用晉安加固1 號高分子材料，注漿泵采用3ZBQ-9/12 型風動注漿泵，進氣壓力0.3～0.8 MPa，注漿壓力控制在8～10 MPa。在工作面煤壁注漿時，注漿壓力達到0.7 MPa 時及停止注漿。

2.4 瓦斯管理

（1）在斷層前后50 m 范圍，按瓦斯一級管理執行“測10 采8”，即瓦斯參數監測鉆孔打設深度為10 m，允許回采8 m。其中，前20 m 執行“測10 采6”，即瓦斯參數監測鉆孔打設深度為10 m，允許回采6 m。瓦斯參數監測鉆孔如圖2。

圖2 瓦斯參數監測鉆孔（m）

（2）進入斷層后，沿工作面推進方向，每30 m 測定1 次瓦斯含量。在工作面均勻布置3 個鉆孔，并在斷層預揭露或揭露位置前后15 m 增加2 個瓦斯含量測點。若實測含量指標W≥6 m3/t，則延長附近預抽鉆孔抽采時間，直至檢驗合格。檢驗合格后同時在工作面每15 m 布置1 個K1值測定鉆孔，若實測K1值≥0.4 m2/g·min1/2，在超標鉆孔前后15 m 施工90 個瓦斯釋放孔，經釋放后，進行工作面防突措施效果檢驗，直至K1值均低于臨界值。

3 效果分析

回采揭露W4302 工作面推進方向受Fw180 斷層影響長度為98 m，與前期探測結果相差不大，工作面在推進764 m 時（提前約32 m）開始調整工作面做過斷層準備。通過提前進行斷層探測，及時調整工作面機采范圍，注漿加固斷層影響區破碎煤壁及頂板，保證了工作面過斷層期間頂板安全。同時，加強過斷層期間瓦斯管理，未出現瓦斯突然涌出現象，有效控制了工作面瓦斯濃度。工作面整個過斷層影響區歷時50 d，推進長度145 m，平均2.9 m/d，實現了工作面安全高效開采。

4 結語

對于厚煤層高瓦斯礦井而言，回采工作面過斷層期間不僅存在頂板安全隱患，也存在瓦斯異常涌出風險。為保證W4302 工作面過Fw180 正斷層期間的生產安全，通過工作面回采過程中斷層探測、加強工作面支架管理、破碎煤壁及頂板注漿加固、加強斷層影響區瓦斯管理等綜合技術手段，為工作面安全開采提供了保障，有效避免了瓦斯超限和頂板冒頂現象。