綜放工作面初采安全高效過斷層技術工藝

趙 璽

（山西高河能源有限公司，山西 長治 047100）

0 引 言

我國煤炭儲量豐富，煤炭是我國的主要能源，但是，地質條件復雜、多變，給煤炭開采企業帶來巨大的挑戰，而地質構造則是影響井工礦井安全高效開采的重要影響因素。斷層是地質活動中形成的一種常見的地質構造形態，也是煤礦開采中常見的地質構造之一，斷層的存在不僅破壞煤巖體的整體性和連續性，影響采掘工作面安全開采，而且嚴重影響礦井的生產效率，降低資源回收率。高河煤礦地質條件復雜，地質構造發育，斷層是工作面回采過程中最常見的構造，解決工作面安全高效過斷層方法顯得尤為重要，特別是工作面臨空側端頭，在上個工作面采動壓力影響和本工作面初次來壓的共同作用下，煤巖體破碎，再加之斷層的影響，工作面端頭頂板和煤壁維護難度加大，嚴重制約工作面回采安全[1-4]。

1 工程地質條件分析

1.1 工作面概況

高河礦井主采3號煤層，核定生產能力600 Mt/a。E1303工作面為東一盤區工作面，北面接+450m水平東翼大巷，西面臨E1305工作面采空區，與E1305采空區之間凈煤柱為50m，東面接E1302工作面采空區，與E1302采空區之間凈煤柱為30m。工作面切眼長度297m，第一切眼設計可采長度385m，埋深深394.358m～453.702m，煤層傾角1～7°，平均5°，工作面平均煤厚7.1m，全煤間夾有一層炭質泥巖夾矸，厚度0.10m～0.4m，平均0.19m。根據E1303工作面坑透資料和掘進過程中揭露情況，可知Fe106正斷層在進風順槽距7#貫往北10m處（進風順槽距第一切眼137m）和工作面正規架106#已揭露，走向45°，傾角315°，傾角60°，落差1.3m，斷層區域內裂隙發育，斷層面附近較為破碎。Fe106正斷層與工作面位置關系如圖1所示。

1.2 采礦條件分析

根據E1303工作面順槽揭露的地質情況以及巷道礦壓監測分析情況，結合本盤區工作面及與E1303相鄰的E1305和E1302兩個工作面回采時的礦壓顯現情況，綜合分析，預計E1303工作面直接頂初次垮落步距為18.5m，老頂初次垮落步距為60～90m，周期來壓步距為10～12m，關鍵層斷裂步距約140m。根據圖1可知，Fe106正斷層由工作面中部向進風順槽側延伸，進風順槽側與E1302工作面采空區之間僅留有30m的護巷煤柱。工作面回采后，臨空側側端頭受本工作面老頂和關鍵層初次強烈動壓和E1302工作面回采動壓疊加影響，臨空端頭三角區產生應力集中，在疊加應力作用下，端頭三角區煤巖體極易產生塑性破壞，加之Fe106正斷層正好處于工作面臨空側端頭，E1303工作面初采期間需通過Fe106正斷層，使得臨空側端頭煤壁極頂板控制難度加大。臨空三角區受Fe106正斷層影響，斷層面附近煤巖體破碎，已發生煤壁片幫、冒頂、埋架等，嚴重影響工作面的正常安全回采。

圖1 Fe106正斷層與工作面位置關系圖

2 初采過斷層技術工藝

2.1 施工工藝

1）為控制工作面臨空端頭煤壁和頂板穩定，防止工作面回采過程中產生嚴重片幫、冒頂、埋架等事故，在工作面回采前，應根據Fe106的揭露情況，在工作面和進風順槽斷層影響區域進行注漿加固，加固斷層影響范圍的破碎煤體強度，保證工作面初采期間的安全生產。

2）為保證過斷層期間的回采安全，在斷層揭露點至機尾沿煤層底板推進，揭露點至機頭方向20m范圍留底煤推進，揭露點機頭方向20m至機頭沿工作面底板推進；回采推進過程中，每推進4刀工作面有2組架通過斷層；要求通過斷層的支架緩慢找底，每刀下放落差控制在50mm，當支架落在底板上開始沿底板推進；每天8點班，由修巷班負責在留底煤區段探一次頂底煤厚度，隨時掌握頂底煤變化情況。

2.2 頂板管理

由于斷層影響區工作面頂板破碎，在注漿加固的基礎之上，必須保證液壓支架及時拉架，接頂，保證足夠的初撐力，應做到以下幾點：

1）對工作面所有支架進行徹底的檢修，確保支架工作狀態良好，保證過斷層期間泵站壓力達到30 MPa，乳化液濃度4%～5%，支架前柱、小梁初撐力達到24MPa。

2）嚴格控制工作面才高，保證煤壁平直，使支架達到最佳支護效果，嚴禁機組割底板，必要時采取漂、吊溜等應急措施。

3）作業人員協調配合，采用緊隨采煤機前滾筒移架及超前帶壓移架，減少空頂時間和防止煤墻片幫，工作面支架要接頂嚴密，小梁上部無空頂，工作面如發生局部高頂，應及時采取上木大板、道木、剎桿等維護頂板，嚴防事故擴大。

2.3 煤壁防片幫措施

工作面頂板冒落，往往是由于煤壁片幫引起，煤壁片幫后，導致頂板沒有支護，從而發生冒頂現象。因此，控制煤壁片幫也是防止工作面發生冒頂的重要措施。

1）根據斷層揭露情況，在工作面和進風順槽，對斷層影響區煤體提前進行注漿加固。

2）工作面煤墻必須采直割平，不得留有傘檐，堅持工作面有效逼幫，支架移出后必須及時打出逼幫板。

3）對于煤墻片幫較寬、頂板破碎區段必須及時進行上料管理并打好逼幫柱，防止片幫范圍進一步擴大。

3 注漿加固方案

3.1 鉆孔布置參數

為了加固斷層影響區破碎煤巖體，提高煤壁和頂板的穩定性，保證工作面安全回采，根據斷層揭露情況，在工作面和進風順槽斷層影響區域布置注漿鉆孔，鉆孔布置范圍為斷層揭露面兩側5～10m范圍內的破碎煤巖體。為保證煤巖體注漿加固效果，最大程度減小注漿過程中由于漿液串孔導致導致注漿量低，煤巖體裂隙充填不飽滿，導致注漿加固效果不理想，注漿鉆孔采用分次施工，先施工一次注漿鉆孔，再待一次注漿鉆孔施工完畢，再施工二次注漿鉆孔。一次注漿鉆孔和二次注漿鉆孔均為上下兩排，三花布置；上排鉆孔加固工作面上部煤體和頂板，下排鉆孔加固工作面中部煤體；在一次注漿上、下排孔相應位置分別施工二次注漿鉆孔的下、上排孔（詳見圖2（a）和圖3（a）所示）。鉆孔布置參數為：鉆孔孔深8m，孔徑42 mm；下排鉆孔開孔高度距底板1.5m，垂直煤壁或巷幫打設；上排孔距開孔高度距底板2.5m，垂直方向仰角30°打設。鉆孔布置見圖2和圖3所示。

圖2 工作面注漿鉆孔布置圖

圖3 順槽注漿鉆孔布置圖

3.2 注漿工藝

1）注漿加固材料采用晉安加固1號，為A、B雙液材料，兩種材料以體積比1：1進行注漿。

2）注漿壓力為10MPa（注漿終孔壓力）或煤墻出現大量不可封堵的流漿現象時，關閉氣源開關及注漿泵，結束單孔注漿。

3）注漿作業過程中應嚴密關注注漿泵壓力、流量等參數及煤墻變化，一旦有注漿壓力驟降等異常情況，應立即停止注漿，查明原因，采取措施后方可恢復注漿；如果注漿過程中壓力過大，應根據實際情況調整終壓，確保注漿煤體不會因注漿壓力變形；若出現漏漿則減小注漿壓力或者間歇（間隔不超過10min）注漿。

4）進風順槽內注漿前，應將注漿點前后15m范圍內瓦斯抽放八通閥門關閉，防止漿液進入瓦斯抽放管路，待注漿完畢30min后恢復。

5）注漿完畢后，拆除孔口混合器和注漿管。在攪拌機中加入清水，開啟注漿泵進行洗泵，至注漿管流出清水時繼續清洗5min之后，方可停止。

4 工業試驗效果

E1303工作面自割第一刀煤開始，直至工作面回采140m完全通過斷層至，工作面斷層影響區和臨空側端頭三角區均未發生過冒頂事故，僅發生了5次片幫，最大片幫深度0.8m，最大范圍3個架，工作面日均進尺2.5m，日均原煤產量7300 t，實現了綜放工作面初采期間安全高效過斷層。

5 結 論

工作面臨空側端頭在兩個工作面回采疊加應力影響下，礦壓顯現強烈，加之斷層的延伸影響，嚴重制約工作面安全開采，調整工作面回采工藝，制定嚴格頂板管理和煤壁控制措施，配合斷層影響區的注漿加固技術，強化臨空側端頭三角區煤巖強度，保證了工作面煤壁和頂板的圍巖穩定，實現了工作面安全高效回采，取得了良好的經濟效益。