綜采工作面通過構(gòu)造區(qū)域的管控

常 鑫

（晉煤集團成莊礦，山西 晉城 048000）

1 工程概況

晉煤成莊礦位于山西省晉城境內(nèi)，區(qū)內(nèi)4313綜放采掘工作面位于一水平四盤區(qū)，地面標(biāo)高最高1086m，最低920m，走向長度1709.67m，傾向長度210m。工作面煤層厚度為6.10～6.40m，平均厚度6.30m。直接頂巖石成分為泥巖，厚度為2.45m，基本頂巖石成分為砂質(zhì)泥巖，厚度為9.10m。根據(jù)巷道掘進揭露地質(zhì)構(gòu)造和鉆探結(jié)果資料顯示，工作面內(nèi)發(fā)育有12條正斷層，對回采影響程度較大。工作面掘進期間揭露F132正斷層，斷層的走向、傾向、傾角分別為72°、162°和20°，平均斷距為1.3m。在使用傳統(tǒng)錨桿、錨索聯(lián)合支護的條件下，工作面推進到斷層附近時，煤層破碎嚴(yán)重，頂板下沉量與幫部變形量較大，給工作面安全生產(chǎn)帶來了很大影響。

2 過斷層構(gòu)造區(qū)域的管控技術(shù)

2.1 超前撞楔注漿支護

根據(jù)4313綜放工作面斷層區(qū)域的大小，在其頂板上沿作業(yè)面垂直方向均勻布設(shè)11排鋼柱，各排鋼柱的間距為400mm，鋼柱長度選用2500mm。在工作面頂板下方1000mm處均勻布置5個鉆孔深度為4500mm的注漿鉆孔，待準(zhǔn)備工作就緒后，通過注漿泵在鉆孔內(nèi)注入一定量的低粘度馬麗散漿液，使其充分填充煤巖體的節(jié)理裂隙[1]。通過鉆孔窺視鏡對注漿情況實時觀測，待煤巖體出現(xiàn)明顯的漿脈后，即可再次進行推進作業(yè)，在工作面推進過程中，需每隔3m進行一次頂板補釘工作，以保證頂板結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。超前撞楔注漿支護結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。

圖1 超前撞楔注漿支護結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 過斷層臨時加強支護

在4313綜放工作面巷道過斷層構(gòu)造區(qū)域內(nèi)，通過工字鋼棚進行臨時加強支護，鋼棚布設(shè)結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。鋼棚布設(shè)過程如下：

（1）在過斷層構(gòu)造區(qū)域進行起底操作，起底規(guī)格為250mm×180mm（寬度×深度），在起底完成后，對工作面進行混凝土干料澆筑，干料配比為水泥∶粉煤灰∶沙子∶碎砂石=1:8:1.4:1.2，并在澆筑區(qū)域埋設(shè)棚腿底座[2]。

（2）通過窺視鏡對澆筑情況進行觀測，待混凝土澆筑體徹底凝固后，在預(yù)先布設(shè)的棚腿底座上安裝棚腿，架設(shè)棚梁，通過U型卡扣裝置聯(lián)結(jié)棚腿與棚梁，并對聯(lián)結(jié)處進行加固處理，防止棚梁的滑動脫落，棚梁架設(shè)方向需與巷道保持垂直[3]。

（3）根據(jù)該工作面長度以及斷層區(qū)域分布狀況，設(shè)定鋼棚布設(shè)的起點為距F132正斷層5m處，終點為通過斷層5m處的位置，設(shè)置各鋼棚布設(shè)的間隔為0.5m，各鋼棚間通過連接桿相連，在完成鋼棚的布設(shè)后，要在其上方水泥背板，以增強棚架的穩(wěn)定性。

圖2 鋼棚布設(shè)結(jié)構(gòu)示意圖

2.3 架棚布設(shè)

在通過斷層構(gòu)造區(qū)域時，若頂板和煤壁的破碎嚴(yán)重，僅僅依靠超前撞楔注漿支護、過斷層永久支護技術(shù)維護煤巖體穩(wěn)定性還不能完全保證正常的安全生產(chǎn)，此時，還需要進行架棚支護以保障施工安全。

棚梁的架設(shè)需在超前撞楔的掩護下進行，具體過程如下：沿4313工作面巷道頂板12°～15°方向處布置棚梁，并將超前撞楔的鋼柱邊緣搭于棚梁，架棚支護的前探梁通過U型托鋼固定于棚梁上，通過木楔充填前探梁于棚梁之間的間隙，使其緊固，在對前探梁加固時，需使用固定裝置對前探梁進行鎖定，防止在工作面推進過程中由于抖動引起架棚的滑落，影響采煤機的正常工作[4]。架棚布設(shè)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

在架棚布設(shè)過程中，為增加棚梁的抗剪強度，保證其固定效果，應(yīng)在棚梁處架設(shè)固定的錨桿與U29型卡纜，架設(shè)棚腿和拉桿時，要嚴(yán)格控制架棚與頂板的距離，避免空幫、空頂現(xiàn)象的出現(xiàn)[5]。在過斷層構(gòu)造區(qū)域時，若需要進行后續(xù)的架棚布設(shè)，要以先前布設(shè)作為臨時支護，待新的架棚布設(shè)完成，才可拆除原有棚架。

圖3 架棚布設(shè)結(jié)構(gòu)圖

3 應(yīng)用效果

4313綜放工作面過斷層構(gòu)造采用“超前撞楔注漿支護+過斷層臨時加強支護+布棚支護”聯(lián)合支護工藝，對巷道頂板下沉量、幫部位移量進行監(jiān)測，巷道變形統(tǒng)計折線如圖4所示。

圖4 巷道變形統(tǒng)計折線圖

通過對成莊煤礦4313綜放工作面頂板以及巷幫長達65d的位移監(jiān)測，由分析可知，4313工作面進行“超前撞楔注漿支護+過斷層臨時加強支護+布棚支護”聯(lián)合支護工藝維護后，有效地改善了頂板的破碎狀況，提高了整個圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。其中，頂板的最大下沉量為34mm，幫部的最大位移量為23mm，較之傳統(tǒng)支護控制下頂板與巷幫62mm與57mm的變形量，分別下降了41.18%和56.60%，在工作面推進過程中，巷道圍巖變形情況得到了有效的控制，支護效果有了明顯的提高，為類似工作面過斷層破碎帶構(gòu)造的支護技術(shù)提供了一定的借鑒。