綜采工作面快速過斷層回采工藝研究

楊子強(qiáng)

（大同煤礦集團(tuán)朔州煤電有限公司，山西 懷仁 038300）

1 概述

大同煤礦集團(tuán)朔州煤電有限公司王坪煤礦303盤區(qū)8301工作面設(shè)計(jì)走向長度為1420m，傾向長度為190m，工作面回采煤層為8#煤層，平均厚度為4.0m。煤層發(fā)育不穩(wěn)定，含多層夾矸，多以泥巖為主。工作面采用綜合機(jī)械化回采工藝，目前工作面已回采570m。

8301工作面水文地質(zhì)資料顯示，工作面回采至回風(fēng)順槽13#導(dǎo)線點(diǎn)外推35m處（580m里程牌位置）揭露一條F1逆斷層，其中H=2.7m，∠45°，斷層上盤煤層出現(xiàn)下扎現(xiàn)象，如圖1所示。揭露斷層巖體主要以泥巖、細(xì)粉砂巖為主，其中泥巖厚度為0.9m，巖石普氏系數(shù)f=3.5，硬度低，脆性，受采動(dòng)影響易破碎、垮落；細(xì)粉砂巖厚度為1.8m，巖石普氏系數(shù)f=5.0，巖石硬度大，巖體顆粒膠結(jié)性強(qiáng)。

圖1 8301工作面F1正斷層剖面示意圖

2 分層爆破法過斷層

為了提高8301工作面過斷層期間的回采率，降低機(jī)械設(shè)備事故率，研究決定采用分層爆破法過F1斷層，即上分層松動(dòng)爆破破巖，下分層采煤機(jī)破巖。

（1）為了減少過斷層期間破巖量，工作面回采至580m處且機(jī)尾處揭露F1斷層后，以機(jī)尾為旋轉(zhuǎn)點(diǎn)進(jìn)行工作面旋轉(zhuǎn)回采。當(dāng)工作面全部揭露斷層后停止旋轉(zhuǎn)回采，確保工作面與斷層面平行布置。

（2）為了降低爆破震動(dòng)對斷層面附近不穩(wěn)定煤體影響，工作面旋轉(zhuǎn)回采后采用采煤機(jī)進(jìn)行破巖，破巖深度為4.0m。破巖到位后及時(shí)進(jìn)行帶壓移架，并確保支架頂梁完全支撐頂板。

（3）將采煤機(jī)移至機(jī)尾處并降低前后滾筒保持平行，對斷層處下分層泥巖進(jìn)行分段切割。每段割巖長度為30m，深度為0.5m，并以8°俯角進(jìn)行掃底。

（4）第一段破巖后，在其斷層面上部巖體施工兩排松動(dòng)爆破鉆孔。鉆孔深度為1.0m，間距為2.0m，排距為1.0m，第一排鉆孔施工在距頂板0.5m處，鉆孔與巖體面呈8°俯角布置。每個(gè)鉆孔填裝一支礦用乳化炸藥及毫秒延期電雷管，并采用水炮泥進(jìn)行封孔，封孔深度不得低于0.5m。

（5）工作面松動(dòng)爆破后，及時(shí)將第一段支架移架到位，然后采煤機(jī)向機(jī)頭方向進(jìn)行第二段破巖。整個(gè)工作面共需采煤機(jī)分段破巖6次，依次類推直至工作面完全過F1斷層。

3 過斷層聯(lián)合支護(hù)措施

為了保證工作面過斷層期間的安全，決定采用“撞楔超前支護(hù)+交錯(cuò)式JW型錨索吊棚+注漿”聯(lián)合支護(hù)措施進(jìn)行頂板維護(hù)，如圖2所示。

圖2 8301工作面過F1斷層頂板聯(lián)合支護(hù)平面示意圖

3.1 撞楔超前支護(hù)

工作面回采至570m處時(shí)，頂板處出現(xiàn)局部破碎現(xiàn)象。隨著工作面推進(jìn)，受構(gòu)造應(yīng)力影響，頂板破碎面積逐漸擴(kuò)大。若工作面回采后移架不及時(shí)，很容易發(fā)生斷面空頂出現(xiàn)垮落事故，對此采用撞楔超前支護(hù)可提前對破碎頂板進(jìn)行維護(hù)。

（1）8301工作面采用的撞楔支護(hù)體主要由若干根長度為3.0m、直徑為30mm圓鋼組成。首先在工作面設(shè)計(jì)頂板位置采用手持式鉆機(jī)施工一排超前支護(hù)鉆孔，鉆孔深度為3.0m，間距為1.5m，鉆孔垂直煤壁布置。

（2）超前支護(hù)鉆孔施工完后，向鉆孔內(nèi)依次填裝錨固劑及圓鋼，并采用鉆機(jī)進(jìn)行攪拌預(yù)緊。撞楔超前支護(hù)排距為2.0m，相鄰兩排超前支護(hù)交錯(cuò)疊加布置，疊加距離為1.0m。

3.2 施工交錯(cuò)式“JW”型錨索吊棚

工作面在斷層前后5.0m范圍內(nèi)，受構(gòu)造應(yīng)力影響頂板破碎嚴(yán)重，上覆巖層出現(xiàn)局部離層現(xiàn)象。在破碎頂板情況下液壓支架的初撐力、工作阻力往往達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，影響支護(hù)效果，對此決定在頂板施工交錯(cuò)式“JW”型錨索吊棚進(jìn)行維護(hù)。

（1）“JW”型錨索吊棚主要由一根長度為3.5m、寬度為0.38m“JW”型鋼梁以及兩根長度為6.0m、直徑為21.6mm高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力錨索組成?！癑W”型鋼梁焊制兩個(gè)直徑為30mm圓孔，孔間距為1.75m。

（2）在相鄰三架之間施工兩個(gè)錨索鉆孔，鉆孔深度為6.0m。鉆孔施工完后采用錨固劑將預(yù)應(yīng)力錨索進(jìn)行錨固，并在錨索外露端安裝“JW”型鋼梁，采用鎖具進(jìn)行預(yù)緊，預(yù)緊力不得低于233kN。

（3）“JW”型錨索吊棚平行工作面布置，相鄰兩排吊棚排距為2.0m，且交錯(cuò)式布置，即第一排錨索吊棚與第二排同一位置錨索吊棚交錯(cuò)布置，交錯(cuò)距離為1.75m。

3.3 注漿支護(hù)

由于斷層面與煤體膠結(jié)不穩(wěn)定，在揭露斷層時(shí)工作面煤壁很容易出現(xiàn)剝離破壞，造成煤壁大面積片幫，頂板空頂面積加大，對此決定采用注漿支護(hù)進(jìn)行加固。

（1）工作面回采至575m處時(shí)在工作面施工一排注漿鉆孔。鉆孔施工在距頂板1.0m處，鉆孔深度為5.0m，直徑為42mm，鉆孔呈60°仰角布置，鉆孔間距為3.0m，成直線布置。

（2）注漿鉆孔施工后，在鉆孔內(nèi)依次埋入注漿管并采用封孔器進(jìn)行封孔。將注漿管與礦用風(fēng)動(dòng)馬麗散注漿泵連接，對鉆孔進(jìn)行高壓注漿，注漿液采用馬麗散與催化劑混合液，注漿壓力不得低于1.2MPa。

（3）注漿期間發(fā)現(xiàn)煤體有漿液滲出時(shí)立即停止注漿，注漿1h后工作面方可繼續(xù)回采。工作面回采3.0m后施工第二排注漿鉆孔并進(jìn)行注漿施工。

4 結(jié)束語

8301工作面過F1斷層時(shí)采取分層松動(dòng)爆破回采工藝，采取了“撞楔超前支護(hù)+交錯(cuò)式JW型錨索吊棚+注漿”聯(lián)合支護(hù)措施，通過實(shí)際應(yīng)用取得了顯著成效。

（1）與傳統(tǒng)松動(dòng)爆破或采煤機(jī)直接破巖法相比，分層松動(dòng)爆破法將爆破與機(jī)械回采相結(jié)合，加快了工作面過斷層速度，減少了采煤機(jī)破巖量，降低了機(jī)械故障率。

（2）采用撞楔超前支護(hù)對工作面頂板進(jìn)行超前維護(hù)，提高了頂板穩(wěn)定性，避免工作面回采后因支架移架不及時(shí)，造成斷層帶附近頂板不穩(wěn)定煤體出現(xiàn)冒頂、垮落事故發(fā)生。

（3）通過施工交錯(cuò)式“JW”型錨索吊棚，不僅進(jìn)一步提高了破碎頂板穩(wěn)定性，加強(qiáng)了頂板支護(hù)，而且支架頂梁可緊貼鋼梁進(jìn)行帶壓移架，提高了支架支撐力及工作阻力，提高了支架支護(hù)效果。

（4）通過注漿支護(hù)可對斷層附近煤巖體進(jìn)行加固，提高了煤巖體膠結(jié)穩(wěn)定性，避免了在揭露斷層時(shí)煤壁出現(xiàn)大面積片幫現(xiàn)象，減少斷面空頂面積，保證了工作面安全回采。