綜采工作面過斷層頂板控制措施研究

郭太斌

（山西焦煤集團西山煤電古交西曲礦，山西 古交 030200）

綜采工作面在過斷層構造時受構造應力、圍巖應力以及采動壓力影響，斷層上下盤附近頂板煤巖體出現破碎現象，隨著工作面不斷推進至斷層帶，頂板破碎越嚴重，頂板一旦出現破碎，會在頂板局部范圍內形成圍巖松動圈，巖石膠結穩定性及承載能力降低，同時超前支撐壓力加大，煤柱出現嚴重片幫現象，不僅加大了工作面移架難度，而且移架不及時端面距加大，很容易發生冒頂事故。所以為了確保綜采工作面安全高效過斷層帶，必須采取合理有效的頂板控制措施。

1 工作面概況

西山煤電集團西曲礦位于山西省古交市汾河北岸，井田走向長6.5km，傾向寬6km，總面積39.5km2，礦井設計年生產能力3.0Mt/a。主要可采煤層有3#、4#、7#、8#、9#五層煤，煤種以焦煤為主。地層走向NW，傾向SW，傾角3°～15°，一般為5°左右，井田地質構造條件中等，主要構造為斷層和陷落柱。

28302工作面位于井田北三盤區，工作面北部為29303工作面，南部為28301工作面，西部為盤區大巷，如圖1所示。28302工作面回采煤層為8#煤層，煤層平均厚度為4.2m，8#煤層結構簡單，中部普遍含有一層泥巖夾石，夾石厚度變化不大，煤層整體傾向西南，傾角1～14°，一般為3°。28302工作面走向長度為1305m，傾向長度為220m。工作面頂板存在偽頂以泥巖為主，平均厚度為0.6m，直接頂以石灰巖為主，平均厚度為3.85m，直接底以中粒砂巖為主，平均厚度為2.08m。

圖1 西曲礦北三盤區28302工作面布置示意圖

2 工作面地質構造及回采技術難題

2.1 28302工作面地質構造

根據西曲礦地測科提供資料顯示，28302工作面在回采期間揭露地質構造主要以斷層為主，共揭露7條正斷層（F7、F2324），其中F7斷層落差為0.6m，傾角為65°，斷層從28301正巷370m段插入工作面與28302副巷未貫通，從機頭端先揭露斷層，對工作面回采影響不大，而F2324斷層落差為2.0m，傾角為70°，斷層從28302副巷620m段插入工作面與28302正巷未貫通，從機尾段先揭露斷層，斷層走向長度為54m，對工作面回采影響大，如圖1所示。

2.2 回采技術難題

（1）目前工作面已回采至570m，28302工作面過F7斷層時采用強行帶壓擦頂法過斷層，在過斷層期間頂板出現局部破碎、煤壁片幫等現象，移架時相對困難，當工作面回采至斷層帶處時煤壁片幫嚴重，端面距加大，最大處達1.1m，頂板出現局部冒落現象，頂板控制相對困難。

（2）由于F2324斷層落差為2.0m，該斷層對回采產生很大的影響，通過對過F7斷層時出現的問題進行分析，預計工作面過F2324斷層主要存在以下技術難題：①F2324斷層落差大，預計工作面回采至600m處進入斷層破碎區域，頂板受構造應力影響，工作面回采期間頂板破碎及煤壁片幫嚴重，采用液壓支架進行頂板臨時控制難度大；②在過斷層帶時靠近28302副巷側超前支撐壓力加大，煤柱承載能力降低，巷道變形嚴重，甚至會發生副巷頂板漏頂事故；③受斷層影響，斷層帶兩側煤巖體膠結穩定性差，煤壁片幫嚴重，端面距加大，空頂處無法及時支護。

3 頂板控制措施研究

3.1 斷層破碎區域頂板控制措施

（1）當28302工作面回采至F2324斷層破碎區域時，適當減小采煤機切割深度，控制在0.5m/刀左右，割煤時嚴禁留底煤，防止移架時出現陷底現象，割煤后必須及時帶壓擦頂進行移架。

（2）隨著工作面逐漸推進，頂板壓力越來越大，頂板破碎現象也越明顯，為保證安全移架，提高頂板穩定性，需對破碎頂板進行控制維護。綜采一隊采用支架托梁法進行頂板超前控制，即在相鄰三架支架頂梁鋪設三根長度為5m工字鋼梁，移架時使支架頂梁帶壓頂住鋼梁進行移架，可有效提高移架速度，防止頂板冒落砸壞支架頂梁。

（3）當28302工作面回采至距斷層10m處時，煤壁片幫嚴重，端面距加大，為防止端面空頂處頂板垮落，必須對空頂處進行超前支護，綜采一隊采用掏槽插梁法進行端面空頂維護，即在工作面煤壁施工掏槽窩，然后插入長度為2.0m鋼梁，鋼梁另一端與支架頂梁搭接，從而有效防止端面處頂板垮落事故發生。

3.2 斷層帶處頂板控制措施

（1）由于F2334斷層落差為2.0m，采用帶壓擦頂法強行過斷層不僅難度大、破巖量大、回采速度底，而且對機械設備損壞程度大，所以綜采一隊決定采用俯斜法進行回采，俯采時需預留頂煤，頂煤厚度為0～2.0m，為防止頂煤垮落，采用注漿法對頂板進行控制維護。在頂板預留煤柱施工注漿鉆孔，采用注漿泵對其注射馬麗散漿液，然后帶壓擦頂移架。

（2）在過斷層帶時，28302副巷頂板出現冒落現象，原巷道錨桿、錨索支護不能滿足支護需求，需對斷層帶處巷道頂板進行補強支護。對副巷頂板施工組合錨索+架棚聯合方法進行控制維護，每組組合錨索由5根長度為8.3m錨索及規格為0.5×0.5m鋼托板組成，每排施工兩組，間排距為2.0×3.0m；鋼棚由11#工字鋼梁組成，鋼棚間距為1.0m。

4 結語

在28302工作面回采期間，分析了工作面過斷層時主要存在的技術難題，根據實際生產情況對工作面過F2324斷層提出了合理有效的頂板控制措施。實踐證明，采取措施后，加快了工作面過斷層速度，保證了工作面回采安全，避免了因斷層帶影響，造成冒頂、大面積垮落事故發生，取得了較好效果。