綜采工作面過大落差斷層技術方案

賈雅雅

(同煤國電同忻煤礦有限責任公司)

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綜采工作面過大落差斷層技術方案

賈雅雅

(同煤國電同忻煤礦有限責任公司)

摘要提出了國內某煤礦1332(1)綜采工作面過F(93-1)大落差斷層的技術方案，在受斷層影響的區段采取了U型棚支護加固兩順槽、改棚施工以及高水速凝材料注漿加固斷層帶等措施，成效顯著。

關鍵詞綜采工作面大落差斷層高水速凝材料注漿加固斷層帶

由于地質作用的綜合結果，煤礦開采過程中不可避免地會遇到斷層，尤其是大落差斷層，嚴重影響了煤礦的安全開采[1-2]。為此，本研究以國內某煤礦1332(1)綜采工作面F93-1大落差斷層為例，對綜采工作面過大落差斷層的技術方案進行研究。

1工作面斷層概況

F93-1斷層位于1332(1)綜采工作面，回采段受其影響的總長度為120 m，該斷層為傾向斷層，貫穿于整個工作面，其與工作面的夾角為22°。受其影響的回采區段煤層較破碎，且影響程度超過1倍煤厚，斷層落差約5.6 m，對回采工作影響較大。1332(1)綜采工作面三機布置情況見表1。

表1　三機布置參數

2斷層帶區域地質構造及冒落分析

2.1煤巖存在狀況

在地殼運動過程中，巖層會出現斷裂、擠壓等現象，與此同時會產生大量裂隙，因此，斷層帶附近往往存在破碎帶[3-4]。由于頂板煤層強度低于巖層強度，所以，在同樣大小力的作用下，煤比巖石更易破碎[5]。因此，綜采工作面過斷層時，有必要保留巖頂或提高斷層區域頂板的整體穩定性[6]。

2.2冒落分析

若端面頂板發生冒落，則應及時進行勾頂工作，維護頂板的穩定，確保綜采工作面快速、安全地通過斷層。若支架闖過冒頂區，則支架上方的頂板也會出現破壞現象，從而造成支架損壞，間接延長了過斷層的時間。若端面頂板冒空，則不宜采取勾頂和超前支護措施，否則，會嚴重影響綜采面的生產效率，不利于快速通過斷層，而且也造成坑木等材料的消耗。因此，在綜采工作面過斷層時，則應避免斷層破碎帶內弱變區的影響，盡量避免工作面端面出現冒頂現象以及煤層出現片幫現象。一旦出現端面冒頂現象，則應及時進行勾頂工作，縮短通過斷層破碎帶的時間。

3過斷層技術

3.1斷層通過方案選擇

(1)方案一。跟頂板回采，通過斷層區域時，破頂剎底，強行通過。優點：避免去逮煤頂工作，老塘不會產生較多的遺煤量，且能確保回采的煤炭質量，利于防火，便于頂板管理。缺點：當工作面推進至斷層區域時，須采取急剎車措施，且工作面俯采角度大于40°，回采設備處于陡坡段，運行時極易出現損壞問題，且管理難度較大，難以控制剎底與破頂之間的協調工作，加之機頭或機尾處頂板與順槽頂板存在較大落差，使得難以有效控制鏈板機頭與轉載機的搭接工作。

(2)方案二。逮煤頂，沿底板強行通過。優點：變坡點平齊，工作面俯采角度較小(不超過10°)，回采設備運行時處于近似平坡段，不易出現損壞問題，且易于管理，易于操作工作面支架和刮板輸送機，可有效控制鏈板機頭與轉載機的搭接工作。缺點：需進行逮煤頂施工工作，產生大量的遺煤，采煤機需割大量矸石，防火工作面臨較大困難，頂板不易管理。

綜合上述分析并結合回采設備性能、矸石硬度、斷層其他參數等，本研究選擇方案二作為綜采工作面通過斷層的方案。

3.2兩順槽受斷層影響段U型棚支護加固

掘進過程中，F93-1斷層對兩順槽U型棚支護段產生了較大影響，因此，預先采取兩順槽U型棚支護段加固措施不僅有利于回采時改棚工作的安全進行，而且可有效避免該段出現頂板破碎下沉問題。具體加固措施：兩棚U型棚中間頂板處采用錨索聯合鋼帶加固措施(壓彎鋼帶，緊貼頂板，錨索固定)，M5#鋼帶長2.75 m，錨索4根；相鄰兩U型棚中的頂板處采取錨桿聯合鋼帶加固措施，M5#鋼帶長2.0 m，3根高強度錨桿；幫部靠工作面一側采用玻璃鋼錨桿聯合皮帶(選擇廢舊皮帶即可)加固措施，錨桿長2.75 m，4根玻璃鋼錨桿；工作面對側幫部采用錨桿聯合鋼帶加固措施，M5#鋼帶長2.75 m，4根高強度錨桿。

3.3改棚施工

為不對回采工作產生影響，應在超前工作面100 m處進行改棚施工。在U型棚支護加固完整區域，首先拆除U型棚，而后在U型棚拆卸區域架設傾向棚，棚梁采用礦用11#工字鋼，長3.6～4.0 m，棚腿選擇DZ-32(35)型單體液壓支柱。某類U型棚支護區域由于頂板充填厚度較大，未采取加固措施，應首先采取傾向棚架設措施，然后拆卸U型棚。架設第1棚傾向棚時，應預先在棚梁兩端各安設1根單體點柱，架設第2棚傾向棚時，在棚梁之間選擇1排臨時棚，采用雙面扒皮料作梁進行支護，當傾向棚長度達到4.5 m時，則應改用長為4.5 m的11#礦用工字鋼，棚腿型號不變。當正規挑棚挑齊時，則拆卸傾向棚下方的臨時支護。結合已選擇的斷層通過方案，在受斷層影響的順槽區域確定逮煤頂后的假頂線，當進行改棚工作時，假頂線以上區域應采取充填措施(充填材料可確定為廢舊道木等)，若假頂線以下區域高度較小，則應在該處提前臥底，以獲得有效的巷道高度。

3.4高水速凝材料注漿加固斷層帶

本研究采用的注漿材料為ZKD型高水速凝水泥，漆基料為硫鋁酸鹽水泥，與石膏等配料混合配制成2類，即甲料和乙料，兩者混合比例為1∶1。硫鋁酸鹽水泥的最顯著的優勢為速凝、早強(尤其是在高水灰比情況下)，此外，還具有的優點有：①高結石率；②凝固后不產生收縮裂縫問題；③塑性好；④凝結時間短且具有較強的可控性；⑤成本低[7]。

鑒于F93-1斷層延伸方向與1332(1)綜采工作面方向一致，為確保該工作面生產工作的正常進行，僅選擇軌道順槽一側進行打孔注漿。巷道附近的F93-1斷層帶僅存在單向受力情況，且破碎情況有利于漿液流動，無需較大的注漿壓力。由于漿液流動范圍有限，確定在該斷層帶打5組注漿鉆孔，鉆孔類型有短孔(15～25 m)、中長孔(65～80 m)、長孔(157 m)。注漿壓力隨鉆孔長度的增加而變大，即短孔(2.5±0.5) MPa、中長孔(4.5±0.5) MPa、長孔(5.5±0.5) MPa，注漿的順序為短孔、中長孔、長孔。沿斷層走向進行鉆孔，鉆孔間距3 m。

3.5斷層影響段超前預注漿加固頂板管理

開挖注漿孔的位置應確定在兩順槽斷層影響段，沿工作面方向施工注漿孔，確定注漿孔與巷道底板的距離為1.1～2.3 m，相鄰兩注漿孔間距確定為1.0 m，此外，終孔確定在斷層面上，間距確定為10 m，兩順槽宜開挖27個注漿孔。注漿孔施工完畢后，應及時進行注漿加固，以獲得良好的注漿加固效果。用φ94 mm鉆頭開挖注漿孔，若注漿孔長度超過10 m，則采用φ75 mm套管進行封孔，封孔長度在8.0 m以上，注漿水泥可選擇普通硅酸鹽水泥，其水灰比為1∶1.25～1∶1.15，為縮短水泥凝固時間，摻入一定量的工業鹽和三乙醇胺，其質量分別為水泥質量的0.5%和0.05%；若注漿孔長度10～30 m，確定注漿壓力為3 MPa；若注漿孔長度大于30 m，則確定注漿壓力為5 MPa。

4結語

以國內某煤礦1332(2)綜采面過F93-1斷層為例，詳細研究了綜采工作面過斷層的技術方案，實踐結果表明，沿底板強行通過斷層的方案切實可行，過斷層期間未出現任何安全問題，煤炭回采率得到了顯著提高，開采速度顯著增加，支護材料成本大大降低，高水速凝材料注漿加固斷層帶技術有效增強了破碎區域的穩定性，為綜采工作面安全順利通過斷層提供了有力支撐。

參考文獻

[1]關前進.掘進巷道過斷層帶施工加固技術[J].現代礦業，2015(3)：213-214.

[2]黃楚江，李鐵.掘進過斷層巷道圍巖動力響應數值分析[J].現代礦業，2015(12)：179-180.

[3]楊勝，張志智，彭立華，等.大傾角煤層綜采工作面過斷層技術與實踐[J].華北科技學院學報，2014(10)：45-48.

[4]馮長飛，齊杰.聯合支護在巷道斷層破碎帶的應用[J].現代礦業，2015(10)：158-160.

[5]高超，閆滿志，王文才.超前管棚支護技術在井巷斷層破碎帶中的應用[J].現代礦業，2015(3)：218-219.

[6]王平兒，伍祖恩，周蕭，等.淺談云莊礦薄煤層回采工作面過斷層實踐[J].江西煤炭科技，2013(3)：53-54.

[7]鄭群，邵洪杰，李俊斌.復雜開采條件下綜采過斷層生產管理技術[J].能源技術與管理，2013(1)：84-85.

(收稿日期2015-10-23)

賈雅雅(1989—)，男，助理工程師，037003 山西省大同市。