大采高工作面過斷層方法的探討

摘 要：文章以5310大采高工作面過正斷層F96為例探討大采高工作面過斷層的方法。大采高工作面過斷層困難較多，主要集中在頂幫控制、割煤工藝、設備維護、瓦斯防治等方面。文章通過過斷層期間合理選擇過斷層方案、優化割煤工藝、巷幫煤體提前加固結合工作面煤體及時現場加固的方法，總結出大采高工作面過斷層管理經驗，并取得顯著效果。

關鍵詞：大采高；斷層；加固；割煤工藝

1 工作面概況

5310工作面煤層平均厚度5.75m，煤層傾角2°～15°。在距切中以南468m處發育一正斷層F96，對工作面回采影響很大。

5310大采高工作面煤層頂底板情況：

直接頂：3m的泥巖，灰黑色，中厚層狀，含植物化石。

老頂：1.45m的細粒砂巖，深灰色，石英為主，含泥質及白云母碎片，泥質孔隙膠結，膠結中等，顯水平層理。

工作面共布置145架液壓支架，其中過渡液壓支架4架，排頭液壓支架7架，中間液壓支架134架。采空區采用一次采全高頂板全部垮落法管理頂板；支架的中心距全部為1.75m，中間支架最大控頂距為5.535m，最小控頂距為4.67m。

2 F96斷層概況

煤層賦存情況：

根據地質勘探及巷道掘進資料顯示，切眼以南468m處發育一正斷層F96，斷層F96順煤層的傾向方向延伸，最終尖滅在工作面內。F96斷層情況如圖1、圖2及表1所示。

3 過斷層回采工藝及技術

3.1 過斷層方案選擇

從地質情況及斷層性質上看，F96斷層落差小，揭露不含水、不導水，影響工作面傾向長度為27m，斷層兩側煤厚2.5～3.5m，53105巷該斷層處揭露煤厚為1.8～2.2m，煤層仰角為9°，頂底板為泥巖，較軟。因此，該工作面過F96斷層采用直接推過的方法，減少煤炭損失。

3.2 煤體注漿加固

3.2.1 無機材料超前加固

由于F96斷層均影響機尾部分，斷層面附近20～30m范圍內，頂板壓力較大，煤體破碎、松軟，容易發生冒頂、片幫事故，在回采過程中會造成機尾三角區片幫頂板冒頂等事故，使得三角區難以控制。因此，結合53105巷煤壁側破碎情況提出，在機尾距離斷層面60～80m前，在斷層面前后30m范圍的三角區內進行水泥漿或無機材料深淺孔注漿加固，以控制機尾6～8個支架的頂幫。

深淺孔充填注漿方案及參數如下：

注漿孔布置：淺孔布置在53105巷靠煤一幫，布置兩排鉆孔，分為上排和下排，每排鉆孔間中心距為3000mm，排間與深孔交錯布置，深淺孔間距為1500mm，下排孔距底板為1100mm，上下排間距為1100mm，上下深淺孔之間呈“三花”孔布置方式。巷幫孔采用錨桿鉆機或幫鉆打孔，孔徑？準36～42mm；淺孔深度2000mm；深孔深度8000mm；上排孔垂直煤壁向上10～15°，左右垂直煤壁；下排孔垂直煤壁；孔口距巷道底板面高2000～2200mm，根據幫部實際情況，孔口選擇在圍巖較好處，以提高封孔效果和減少裂隙返漿的現象。

淺孔封孔深度為500～700mm；注漿方式為孔內采用埋無縫注漿鋼管，全長一次注漿施工；淺孔注漿材料為C425水泥+水玻璃，雙液注漿，孔口混合，水泥與水玻璃漿液體積比1：0.4；注漿壓力1MPa左右；且終孔壓力達到2～3MPa。

深孔封孔深度為2500～3000mm；注漿方式為全部深孔鉆孔采用埋注漿管，孔內下無縫注漿鋼管與塑料管，無縫注漿鋼管位于外側，且長度不得小于3000mm；深孔采用新型GP-3無機高強注漿材料，水灰比0.6∶1，使用成巖劑添加劑量為粉料重量的2%，單液注漿，深孔嚴禁雙液注漿；注漿孔口壓力3～5MPa，且終孔壓力達到4～6MPa。

深淺孔的注漿順序如下：

鉆孔布置順序：打鉆時先打淺孔，封孔，聯管注漿，每班注5個鉆孔；再進行深孔的“打鉆-封孔-注深孔”工藝，或一個班淺孔、下一個班深孔的作業方式。

深淺孔注漿順序：注漿時先注淺孔，深孔一般滯后于淺孔注漿5個孔左右且滯后時間在4小時以上。

3.2.2 臨時煤壁加固

工作面過斷層過程中，煤壁破碎、頂板破碎、或片幫冒頂嚴重，工作面圍巖難以控制，需要使用專用無機材料工作面對煤壁、頂板進行注漿加固。機尾三角區超前3～4m注漿。

3.3 工作面過斷層方法

3.3.1 采高及工作面調斜

斷層區兩側煤厚為1.5～3.5m，煤層傾角為9°，回采過程中工作面下部采高為4～4.5m。根據過斷層影響范圍及坡度變化，在進入斷層破碎影響區或斷層前20m范圍前，工作面下部采高應維持在3.8m左右。同時，斷層走向角度為110°，工作面機尾-機頭真方位為111°，為了讓工作面揭露斷層時與斷層面迎合，且讓機尾先揭露斷層，則工作面過斷層前需要調斜，即機尾比機頭進度快3～5m左右，并于斷層前5m調整完畢。

3.3.2 工作面走向規劃

如圖4，工作面過斷層剖面示意圖，根據斷層傾向、斷距及53105巷掘進情況，工作面過F96斷層時應有如下規劃：工作面距斷層前10m由仰采變為平坡，水平推進，機尾沿53105巷推進，125#左右支架沿煤推進，中間支架盡量排齊、排直，控制角度的同時盡量少割矸，通過斷層后6～8m臥底300～500mm后起坡，恢復“破底挑頂”推進方式過薄煤區。

3.4 過斷層采煤工藝

3.4.1 采煤工藝

（1）正常割煤工藝。工作面斷層影響區范圍外，如機頭～126#支架處于正常回采，采用正常設計的采煤工藝，即“端頭割三角煤，往返兩刀”割煤方式，支架及時支護，成組推溜。煤壁區片幫、端面距超過規定時必須帶壓拉超前架。移架滯后于前滾筒3～4個支架，且要控制移架速度、采煤機速度，使得兩速度相適應。

（2）單向割煤工藝。斷層影響區范圍內，頂板壓力較大，煤體破碎、松軟，容易發生冒頂、片幫事故。因此，此區域需要連續、單向的割煤，禁止機尾進刀。此外，工作面過斷層揭露矸石時，若采煤機能割動，則采用采煤機慢速割矸通過，若不能，則禁止采煤機強行割矸，應采用爆破工藝破矸，采煤機單向掃矸通過。單向割煤工藝具體敘述如下：

a.工作面過斷層時，采煤機在機頭進刀后由機頭向機尾正常割煤并進入斷層影響區或揭露斷層，及時支護，整個工作面不推溜。

b.機尾返空刀，同時推進采煤機后方輸送機，采煤機運行至后滾筒超出斷層影響區15個支架左右，即距離機尾50m（115#支架左右），向機尾方向進刀、割煤（矸、掃矸），及時支護，同時，推進機頭～115#及115～126#支架進刀彎曲部分輸送機。

c.采煤機順著溜子向機頭牽引并推溜，至125#架自動進刀，并向機頭割煤，及時支護，推溜。

d.采煤機割煤至機頭后，由機頭正常進刀，并進入下一個循環。

e.支護：整個過程中采用及時支護的方式，尤其是斷層及破碎區，采煤機前滾筒過后，在不影響后滾筒的情況下，滯后前滾筒2個架移架，若不能馬上移架，必須先推出伸縮梁支護，等后滾筒過后2～3架，帶壓移架的同時收伸縮梁，并打出所有護幫板，機尾返空刀時可將護幫板收起，兩滾筒盡量自下方通過。

3.4.2 硬矸爆破工藝

過斷層過程中，當矸石較軟，機組能割動時，采取機組割矸通過，機組速度控制到4m/min以下。當矸石較硬，機組割不動時，嚴禁強行割矸，采取打眼放震動炮輔助機組通過；每天在檢修班期間對已揭露的矸石進行打眼放炮，打眼位置根據現場情況而定。

施工工序：放炮-割矸工序為“敲幫問頂→臨時支護→打眼→裝藥→聯線→放炮→檢查→機組掃底→拉架→頂溜”。

矸石震動爆破爆破且排除爆破安全隱患之后，方可用采煤機進入掃矸割煤。視具體情況，采煤機掃矸割煤時采用全截深或淺截深工藝，并且控制牽引速度，同時，應控制規定的采高、加強噴霧灑水等；放一次震動炮疏松的矸體，一般可以讓采煤機割進三刀左右，三刀之后再進行防震動炮，進入下一個循環。

3.4.3 工作面推進速度

工作面推進速度是影響大采高工作面圍巖狀態和質量的一個重要因素，過斷層期間，頂板壓力較大，煤體破碎、松軟，容易發生冒頂、片幫事故，且來壓不規律，停產或回采速度過慢直接導致煤壁大面積片幫或支架負載過大，并隨著時間的推移而惡化，甚至導致冒頂、支架壓壞、支架傾倒等問題。所以，須有意識地加快推進速度，減弱工作面礦壓的顯現，把斷層影響區頂板壓力甩至老塘。

3.5 提高支護質量

3.5.1 提高液壓支架初撐力及工作阻力

在過斷層過程中，支架需要提高初撐力與工作阻力支架以增大與頂底板摩擦力，減少支架、頂板向后的分力，有效地預防高射炮、防治片幫、防止仰采時支架下滑、倒架、咬架。過斷層時，液壓泵站提高供液壓力為33～37MPa，液壓支架初撐力不低于26MPa且由支架工負責檢查。

3.5.2 超前支護

過斷層時，為防止采動、斷層面錯動給巷道、煤體帶來破壞，回采過程中，機尾距斷層面50m左右進行“一梁三柱”超前支護，機尾距斷層面30m左右改為“一梁四柱”超前支護。同時，單體液壓支柱需要合理的迎山角，才能發揮超前支護合理的作用，單體柱的迎山角一般等于巷道傾角的1/6～1/8，迎山角過大、過小都會降低支架的支撐能力，同時超前支護的單體液壓支柱也要適當增加初撐力，做到迎山有力。

3.5.3 加強煤壁支護與管理

大采高仰采時，煤壁穩定性較水平開采差，尤其是構造破碎區，如果控制不當，會導致大面積片幫、冒頂，支架出現空頂、下滑、倒架的現象。因此，加強煤壁支護與管理，應做到以下幾點：

（1）護幫板護幫時必須有效地、最大面積地接觸煤壁，并有一定的支護力。

（2）護幫板提前于前滾筒1～2個支架收起，并于控高滾筒過后最短時間內將其打出。

（3）破碎、片幫地區應拉超前架，拉超前架時，不應將伸縮梁與護幫板收回，而是拉架同時收伸縮梁，并作出調整，整個過程中不留斷面，防治片幫、冒頂進一步惡化。

（4）煤體、頂板破碎形成護幫板、頂梁間隙大量漏出時，應于護幫板、架間頂部鋪網。

3.5.4 溜子上竄、下竄或歪架調整措施

溜子上竄（機頭）、支架上歪時，采用單向割煤工藝，由機尾向機頭割煤，工序是：機尾斜切進刀為防止單向割煤→拉架、護幫→割煤至機頭→返空刀、臥底掃煤→機頭向機尾推溜→割機尾三角煤→進刀→下一循環。這樣，輸送機始終由機頭往機尾推移，可以調整溜子上竄；當溜子下竄、下歪時，采用相反方向即可。

4 取得效果

（1）利用檢修班對工作面煤體、巷幫提前加固，提高支護質量，加強煤壁支護與管理，僅在斷層面前后2～3架出現間斷性片幫，片幫深度600～1000mm，整個過斷層期間在斷層面前后及其影響區段均未發生冒頂事故。

（2）回采過程中單向割煤，合理調整過斷層期間的割煤工藝，杜絕了大塊矸石卡絆采煤機、工作面溜子的事故，未出現因割矸造成的設備損壞。

（3）由于過斷層期間減小采煤機截割深度，放緩采煤機速度，未出現大面積片幫，沒有出現冒頂事故，消除了過斷層對工作面通風瓦斯管理沒有任何不良影響。

5310工作面通過以上措施，順利通過F96斷層。