綜采工作面過斷層回采工藝及支護技術

楊堃垚

（潞安化工集團溫莊煤業有限公司，山西 長治 046300）

斷層侵入工作面煤體后破壞了煤體結構，造成斷層區巖體增加、煤體破裂，增加了工作面破巖量以及回采難度。傳統工作面過斷層方法主要包括強行破巖法（機械破巖、爆破破巖）、鑿巷法、新開切巷法等。但是在實際應用中發現，傳統過斷層回采工藝存在很多問題，強行破巖時設備故障率高、破巖量大等；鑿巷法適用于端頭斷層，工作面揭露斷層采用該方法時巷道掘進工程量大、通風困難；新開切巷法適用于過大斷層，不適用中小斷層。當工作面揭露斷層后，采取合理回采工藝對工作面加快回采速度、減少破巖量、增加煤柱回采率具有重要意義。

1 概況

潞安化工集團溫莊煤業有限公司15202 工作面東為15201 工作面（已回采），西為采空區，南為二采區膠帶上山，北為井田邊界。15202 工作面回采煤層為15#煤層，厚度3.08～4.91 m，平均4.45 m，煤層中含有1 層夾石，巖性為灰黑色砂質泥巖。煤層頂板大部分為泥巖或砂巖，底板為泥巖或粉砂巖。根據15202 工作面鉆孔ZK156，煤層厚度為4.83 m，煤層頂底板巖性見表1。

表1 15202 進風順槽掘進的15#煤層頂底板巖性表

15202 工作面地質構造單一，主要以中小斷層為主，工作面回采期間預計揭露8 條斷層，斷層平均落差為1.5 m。工作面在前480 m 回采過程中已揭露5 條斷層（逆斷層2 條、正斷層3 條），斷層最大落差為1.2 m。工作面前期采用前行破巖法過斷層回采工藝。

2 俯斜回采施工方案

工作面回采至475 m，在67#～84#支架前方揭露F11 正斷層，斷層落差為2.1 m，傾角為54°。斷層區巖體分兩部分，上半部分以致密的細砂巖為主，巖體呈褐色，巖體厚度為1.5 m，平均單軸抗壓強度達54 MPa；下部分巖體以砂質泥巖、碳質泥巖為主。該斷層對工作面走向影響長度為57 m。

2.1 施工方案對比分析

為了加快工作面過斷層區速度，減少采煤機破巖量，降低采煤機故障率，提出了兩種回采方案[1-5]，并進行分析對比：

（1）方案一強行破巖法：不調整工作面回采角度，采用采煤機直接破除斷層區巖體，直至工作面過斷層。采用該方法優點是工作面俯角小，有利于支架、刮板輸送機等設備推移；缺點是破巖量大，破巖期間設備損壞率高，而且斷層區煤體回采率低，采空區內遺煤量大。

（2）方案二俯斜回采法：工作面回采至斷層區時以設計坡度下山回采，揭露斷層上盤煤體后繼續以近水平角度回采。該方法優點是減少斷層區破巖量，提高斷層區煤柱回采率，降低設備故障率；主要缺點是在斷層區回采坡度在10°～20°范圍內，回采坡度對移架影響大，且頂板需采取加固措施。

綜上對比分析，決定在15202 工作面采取俯斜回采工藝。

2.2 回采工藝

（1）由于工作面揭露的斷層巖體為混合巖層，上部巖體硬度高，不利于采煤機截割，下部巖體硬度相對較低，可采用采煤機適當破巖，所以工作面在進行俯斜回采時，對斷層區下部巖體進行松動爆破預裂。

（2）首先調整工作面偽斜，并將斷層區附近煤巖體清理干凈，工作面從機頭斜切進刀，當工作面回采至60#支架處時，采煤機以12°俯角下山回采，俯斜俯采時留斷層下盤頂煤，如圖1。

圖1 15202 斷層區俯斜回采剖面示意圖

（3）采煤機俯斜回采至斷層巖體區時，對底部巖體采用機械破巖，當工作面俯斜回采至84#支架時工作面揭露斷層上盤煤體底板，此時調整采煤機俯斜角，以近水平回采。以此類推，直至工作面完全過斷層。

3 俯斜段回采安全措施

由于15202 工作面回采的15#煤層在斷層影響下，破壞了煤體連續承載結構，煤體內部裂隙發育，在斷層區附近俯斜回采留頂煤時很容易出現冒漏事故，所以決定對預留頂煤區采取超前管棚、錨索棚支護，如圖2。

圖2 15202 工作面斷層俯斜段支護示意圖

3.1 超前管棚支護

（1）超前管棚支護施工在俯斜段頂板上，超前管棚支護體采用L3.5 m、Ф30 mm 的玻璃鋼，支護體主要由桿體、自鎖件、托板等部分組成，自鎖件安裝在桿體端頭，通過自鎖件可將桿體緊緊固鎖在鉆孔內。

（2）當工作面俯斜回采后，及時將俯斜段支架超前移架支護，然后利用手持鉆機在俯斜段頂板上施工超前支護孔，鉆孔垂直于煤壁布置，孔距為1.0 m，深度為3.0 m。

（3）在回采過程中，隨著工作面推進，超前管棚支護體逐漸被揭露。當揭露管體長度達1.0 m后，及時在其下方鋪設鋼筋網并采用托盤進行固定；當揭露管體長度達2.5 m 時，及時施工第二排管棚支護。

3.2 邁步式錨桿棚支護

（1）當工作面回采期間煤壁片幫造成端面距加大，需對頂板施工錨索棚進行支護。錨索棚采用邁步式布置方式；錨索棚主要由玻璃鋼梯形梁和玻璃鋼加長錨桿組成；梯形梁長3.5 m，寬0.4 m，每架梯形梁采用3 根長度為3.0 m、直徑為25 mm 玻璃鋼錨桿進行固定。

（2）梯形梁棚支護在60#～84#支架前方，每兩架支架支設一架錨索梁棚，布置間距為1.75 m（一個支架寬度），每排支設8 架，相鄰兩排梯形棚布置排距為1.5 m，且相互交錯邁步式布置。

4 結語

15202 工作面過F11 斷層期間通過合理優化回采工藝，采取聯合支護技術后，取得了顯著成效：

（1）與傳統回采方案相比，俯斜回采法解決了工作面斷層期間破巖量大、遺煤量大以及設備故障率高等技術難題。15202 工作面采取俯斜回采法過F11 斷層，減少破巖量1123 m3，提高煤柱回采量0.75 萬t。

（2）對俯斜段頂板采取聯合支護技術后，防止了俯斜段預留頂煤時出現破碎冒漏現象，提高了俯斜段頂板平整性，確保支架在俯斜段具有足夠的工作阻力。