3601 綜采工作面過斷層回采工藝優化

王天柱

（中檢集團公信安全科技有限公司，山東 棗莊 277000）

1 概述

陳蠻莊煤礦3601 工作面位于3600 膠帶上山、3600 軌道上山以東，3204 工作面采空區以南，DF40 斷層以西，井田邊界保護煤柱、3 層煤露頭煤柱以北。

3601 工作面走向長1256～1291 m，平均1273 m；傾向長116～146 m，平均130 m。工作面開采石炭-二疊系山西組三層煤，煤層傾角27°～36°，平均32°。煤層總厚2～3.5 m，平均厚度2.8 m，屬結構簡單較穩定的中厚煤層，普氏硬度系數f=0.18。

3601 工作面采用走向長壁后退式一次采全高采煤方法，工作面回采至870 m 處在53#～64#支架前方煤壁揭露F4 正斷層，斷層落差為2.0 m，傾角為52°，斷層侵入煤體后造成上下盤煤體出現空間位移，增加回采難度。

表1 3601 工作面回采的3#煤層頂底板巖性表

2 工作面原回采工藝及優化

2.1 工作面原回采工藝存在的問題

3601 工作面揭露斷層后，工作面采用前行破巖法過斷層，但是通過實際應用效果來看，強行破巖過斷層時主要存在以下問題：

1）采煤機磨損嚴重。以往強行破巖過斷層時，當工作面回采在斷層上盤時需破上盤直接頂細砂巖，巖體硬度高、破巖量大，導致采煤機截齒磨損量大、截割電機負荷大。統計發現，工作面前行破巖推進6.0 m 共計磨損截齒129 個，截割電機燒毀一臺，直接經濟損失47.2 萬元。

2）采空區遺煤量大。3601 工作面采用強行破巖過F4 斷層，上盤煤柱損失量大，每回采一刀留底煤量達75 t，隨著工作面推進遺留的底煤直接甩入采空區內，造成采空區遺煤量大，很容易造成采空區發火現象。同時，下盤煤柱回采時矸石量大，增加了原煤洗選負荷。

3）回采效率低。由于受斷層影響，工作面過斷層區圍巖破碎嚴重，支架在斷層區移架困難，煤壁片幫嚴重，端面距加大，導致工作面過斷層時推進速度慢，平均回采速度不足1.4 m/d，且回采安全系數低，斷層區局部支架出現倒架、歪架現象。

2.2 回采工藝優化

為了解決傳統回采工藝主要存在的問題，提高斷層區煤柱回采效率，決定對斷層區回采工藝進行優化，提出了俯斜回采工藝[1-5]。

1）3601 工作面下行割煤超前斷層25 m 開始俯斜回采，回采俯角為5°，進入俯斜回采區域時調整采煤機上滾筒掃煤高度及掃底深度，使工作面底板以5°下山角布置。如圖1。

圖1 3601 工作面過F4 斷層俯斜回采剖面示意圖（mm）

2）俯斜回采時，需留斷層下盤頂煤，預留最大厚度為2.0 m，俯斜段采煤機切割深度為0.5 m，當采煤機俯斜回采25 m，揭露斷層上盤煤體頂底板后，再次調整采煤機割煤角度，以近水平角度回采。

3）由于俯斜回采時需破斷層下盤底巖，底板巖體為細砂巖，巖體單軸抗壓強度為40～50 MPa，巖體硬度高，采用采煤機割煤時破巖難度大，很容易造成采煤機損壞現象，決定對底巖采用松動爆破破巖法。

4）當工作面俯斜回采10 m 后，底巖厚度達1.0 m 時，對底板巖體布置一排松動爆破孔，爆破孔深度為1.0 m，直徑為35 mm，爆破孔與底板成80°夾角布置，布置間距為1.5 m。

5）松動爆破鉆孔施工完后，對鉆孔內安裝礦用抗水性乳化炸藥，每個鉆孔填裝一支（裝藥量為300 g），以及一支毫秒延期電雷管，鉆孔孔口采用水炮泥進行封堵嚴實，封堵深度不低于0.5 m。

3 斷層區頂板支護設計

3601 工作面過斷層區采用俯斜回采時需預留下盤煤體頂煤，頂煤厚度在0～2.0 m，而回采的3#煤層屬于石炭系煤層，煤層結構復雜、穩定性差，預留頂板難度大，很容易出現頂煤垮落現象，威脅工作面安全高效回采，應對俯斜段頂板采取聯合支護技術。

3.1 頂煤注漿加固

1）3601 工作面俯斜回采前，在35#～53#支架（30 m 范圍內）前方煤壁施工一排注漿鉆孔，鉆孔垂直煤壁布置，深度為3.0 m，直徑為45 mm，鉆孔布置在俯斜頂板線上方0.3 m 處，鉆孔上挑角為3°，同一排以5°俯角依次布置，布置間距為3.0 m。

2）鉆孔施工完后，對鉆孔內安裝中空結構注漿花管。注漿花管采用直徑30 mm 無縫鋼管焊制而成，長度為3.0 m，底端頭為實芯結構且為削尖狀，削尖長度為0.5 m。花管四周均勻布置3 排注漿小孔，孔間距為0.5 m。

3）注漿花管安裝到位后，在孔口處安裝錐形止漿塞，然后在花管端頭依次安裝法蘭盤、注漿軟管、注漿混合槍以及專用注漿泵。注漿材料采用聚氨酯與催化劑混合漿液，注漿材料固化時間為45 s，反應溫度為87 ℃。凝固體抗壓強度為68 MPa，黏接強度為7.4 MPa。

4）注漿壓力為3.0 MPa，注漿完成后注漿花管兼做管棚支護，實現管棚與注漿協同支護。工作面俯斜回采時支架頂梁與管棚支護體緊密接觸，采用帶壓擦頂超前移架方式。

3.2 鋪設柔性纖維網

1）柔性纖維鋪設在俯斜段頂板上，使用的柔性纖維網采用聚氨酯材質編織袋交錯編制而成，纖維網型號為PET400×400MS 型，每卷纖維網長度為30 m，寬度為20 m，纖維網格為100 mm×100 mm。纖維網縱向抗拉強度為450 kN/m，橫向抗拉強度為420 kN/m，纖維網拉斷伸長率為12%，質量為3.5 kg/m2。

2）柔性纖維網安裝時，先在網的縱向邊上穿拉一根直徑為16 mm 鋼絲繩，鋼絲繩兩端分別固定在支架立柱絞盤上，通過手動轉動絞盤使纖維網升起，然后在支架前探梁前方0.5 m 處施工錨桿進行固定，錨桿布置間距為2.0 m。

3）柔性纖維網固定后，工作面在回采時將纖維網卷起，并通過鋼絲繩固定在頂梁下方。當工作面回采一個循環時及時下放纖維網然后進行移架，當工作面回采推進2.0 m 時及時進行固定。如圖2。

圖2 3601 工作面柔性纖維網鋪設示意圖

3.3 邁步式組合錨索支護

1）為了進一步提高俯斜段頂板整體穩定性，對俯斜段頂板施工邁步式組合錨索。組合錨索主要由鋼托盤和錨索組成，鋼托盤長度及寬度為0.5 m，托盤上布置3 個錨索支護孔。錨索長度為4.0 m，直徑為21.8 mm。

2）第一排組合錨索布置在斷層俯斜段架前1.0 m 處，組合錨索布置間距為3.0 m，俯斜段頂板每排布置10 組組合錨索。工作面推進2.0 m 后施工第二排組合錨索，相鄰兩排成邁步式布置。

4 實際應用效果分析

4.1 取得回采效益

1）提高了斷層煤柱回采率。與傳統強行破巖法相比，采用俯斜回采工藝后減少了斷層區破巖量，煤柱回采率提高至95%以上，通過計算可增加煤柱回采量達0.97 萬t。

2）降低采煤機故障率。俯斜回采減少采煤機破巖量1420 m3，避免了采煤機破巖時出現截齒磨損、截割電機燒毀等機電事故。工作面在后期回采過程中共計磨損截齒27 個，未出現截割電機燒毀事故。

3）加快了工作面回采速度。采用傳統強行破巖法過斷層時，由于破巖量大，工作面推進速度慢，平均回采速度不足1.4 m/d，而俯斜回采工藝減少了破巖量，加快了工作面回采速度，平均回采速度提高至5.6 m/d。

4.2 圍巖控制效果

通過對3601 工作面俯斜段頂板采取聯合控制技術后，工作面在后期回采過程中未出現工作面頂板及煤壁破碎、片幫現象。實測端面最大空頂距為0.5 m，最大片幫深度為0.8 m，頂煤預留效果好，在35#～40#支架處頂板出現局部破碎，但不影響工作面支架正常推移。

5 結語

通過對3601 工作面過F4 斷層期間回采工藝的優化，解決了綜采工作面傳統回采工藝過斷層回采效率低、速度慢、破巖量大等問題；對俯斜段頂板采取聯合控制技術后，控制了受構造應力影響工作面端面距加大、煤壁片幫嚴重等應力顯現現象，保證了工作面安全快速推進，取得了顯著應用成效。