綜采工作面過斷層技術措施應用

劉 澤

(山西焦煤集團有限責任公司，山西 太原 030053)

1 工程概述

山西焦煤集團西山煤電屯蘭礦12503工作面位于井田南五盤區(qū)，工作面以北分別為南五回風大巷、南五軌道巷以及南五膠帶機大巷，以東12502工作面，以南為回采區(qū)域，以西為12503工作面。

12503工作面設計走向長度為1 400 m，傾向長度為180 m，工作面回采煤層為石炭二疊系2#煤層，平均厚度為4.25 m，煤層無偽頂，直接頂主要為細砂巖、泥巖混合巖層，平均厚度為2.6 m，基本頂主要以灰?guī)r為主，平均厚度為8.7 m；工作面采用一次性采全高機械化回采工藝，截止目前工作面已回采456 m。

根據屯蘭礦地測科提供工作面地質資料顯示，12503工作面回采至470 m處揭露一條正斷層，斷層落差為2.1 m，傾角為55°，如圖1所示；斷層對工作面回采影響較大，工作面回采至450 m處出現(xiàn)局部煤壁片幫、頂板破碎現(xiàn)象，隨著工作面不斷推進，受斷層應力影響，工作面頂板及煤壁破碎現(xiàn)象加劇，導致工作面回采速度降低，支架對頂板支護難度大，威脅著工作面安全高效回采。

2 安全過斷層回采工藝

1) 由于該工作面斷層帶區(qū)域的落差為5.0 m,斷層區(qū)域的頂板煤質多為粗砂巖，且?guī)r石比較堅硬，為了降低過斷層帶時巖石對采煤機及支架的傷害，技術人員采用“割底煤留頂煤”的回采工藝，同時確保液壓支架的初撐力達到預定要求，確保回采期間頂板的維護。

圖1 12503工作面平面布置示意圖

2) 通過斷層區(qū)域時，技術人員根據現(xiàn)場測量的煤巖情況及坡度采取挑頂方法，挑頂采用松動爆破法，挑頂高度在0.7 m～1.3 m。在有坡度的區(qū)域進行挑頂作業(yè)，不僅能夠很好地對端頭進行支護，又能及時地對工作面頂板進行維護。

3) 在采煤機對斷層區(qū)域進行割煤時要及時伸出支架的前探梁并及時移架，支架要滯后采煤機后滾筒5架進行移架，如移架速度跟不上采煤機速度時，要及時降低采煤機的速度，確保空頂能夠及時支護。當煤壁破碎嚴重時可以超前帶壓移架。

4) 操作人員在割煤時要準確掌握工作面的割煤高度，確保后面的支架能夠順利移架，以防割煤過高支架不能接頂或頂板破碎壓死支架。

5) 對工作面斷層區(qū)域破碎嚴重的區(qū)域可以采取超前移架的措施，如頂板冒頂嚴重，必須施工人工假頂對冒頂區(qū)域進行支護，確保支架能夠順利通過。當采煤機在過程帶時被大塊巖石阻礙無法通過時，可以采用人工爆破的方式強行通過。

6) 當在斷層區(qū)域發(fā)現(xiàn)煤層變薄時要及時采取“跟底、破頂”方式，嚴禁在頂板有堅硬巖石的條件下采煤機強行通過，應先對巖石進行人工爆破，在巖石上施工炮眼的深度控制在0.8 m，炮眼內的藥量最大不要超過300 g，炮眼的數量控制在4個左右。對漏頂區(qū)域的頂板要及時采取措施進行補頂，確保頂板的穩(wěn)定性。

7) 在通過斷層帶時如出現(xiàn)大面積冒頂時，可以采取注漿或撞楔進行超前支護，如頂板冒頂嚴重不能支護，必須制定專項措施。

3 安全技術措施[1-5]

3.1 過斷層破碎帶措施

1) 在通過斷層區(qū)域時發(fā)現(xiàn)頂板有一段偽頂，煤質主要是炭質泥巖，這種巖石硬度較低容易出現(xiàn)垮落，此時要采取帶壓移架的方式，同時要確保支架的初撐力達到要求。

2) 在通過斷層區(qū)域時發(fā)現(xiàn)有褶曲構造時，工作面要沿褶曲堅硬頂煤進行作業(yè)，同時降低工作面的采高并將支架的前探梁及護幫板及時打開。

3) 當工作面通過斷層區(qū)域時要確保支架的支護強度達到標準要求，工作面支架的初撐力要大于24 MPa，泵站的壓力要大于30 MPa，同時要嚴格控制工作面的采高，破碎區(qū)域的采高要控制在2.5 m左右。

4) 對于頂板比較松軟的區(qū)域可以采用追機帶壓移架的方式，對于破碎嚴重的頂板可以采用帶壓移架的方式，同時使用半圓木撅頂或錨桿護幫。

5) 如使用半圓木撅頂或錨桿護幫仍不能控制頂板時，可以采用補打鋼針進行超前支護，補打的鋼針均勻分布在破碎區(qū)域，補打鋼針后還要補打錨索吊棚，吊棚梁可以使用長度3 m的工字鋼，每根工字鋼使用3根錨索進行固定，工字鋼要緊貼破碎頂板，對不接頂處采用背板進行鋪墊。在施工完吊棚還出現(xiàn)漏電時，可以在吊棚與漏頂區(qū)域施工人工假頂并填充膨脹劑。

3.2 支護措施

1) 當支架通過斷層區(qū)域時必須控制好頂梁的下降高度，對于破碎嚴重的區(qū)域可以采用帶壓移架的方式，端面距不得大于345 mm，相鄰兩個支架的高度差保持在側護板高度的2/3內，防止支架出現(xiàn)倒架、咬架事故。

2) 采煤區(qū)完成破碎區(qū)域的割煤后，支架要及時跟進并調整，相鄰兩個支架的間隙要小于200 mm，同時要保證移架后的支架在同一條直線上，支架要滯后采煤機后滾筒5架進行移架，工作面采煤機割煤、支架移架要同步進行。

3) 為了防止發(fā)生人員傷亡事故，移架時操作人員必須站在架內，嚴禁人員站在兩架之間、架前、側面，移架后操作人員要及時打開側護板，以防架間的矸石掉落傷人。

4) 移架后要及時觀察支架的接頂情況及支架的初撐力，觀察支架的安全閥是否開啟，及時檢查支架各類膠管是否完好，確保支架不會發(fā)生故障。

5) 對發(fā)生漏液的膠管或初撐力達不到要求的支架及時排除故障，更換膠管前必須將操作閥與截止閥關閉，防止膠管傷人。

6) 操作人員在生產過程中發(fā)現(xiàn)立柱密封圈附近有乳化液泄露應及時停泵，同時對損壞的密封圈進行更換，更換后支架初撐力達到要求，方可提高泵站壓力。

8) 采煤機在過斷層帶時如遇到煤壁破碎嚴重，可以適當降低采煤機的切割深度，支架要滯后采煤機后滾筒5架，及時移架。

9) 工作面的出口可以使用單體柱進行支護，單體柱的支護要控制在離采煤線100 m范圍內，單體柱的初撐力要達到標準要求。當工作面出口發(fā)生變形或破碎時要及時安裝工字鋼棚進行支護，鋼棚與巷幫使用水泥進行填充，確保出口不會封口。

4 結語

12503工作面揭露的F1斷層對工作面回采影響長度為72 m，截止2019年3月12日，工作面已回采至520 m，且已完全過斷層破碎帶，通過對過F1斷層期間采取合理有效的回采工藝及支護措施后，保證了工作面高效回采，回采速度由原來的3.2 m/d提高至7.6 m/d，工作面在過斷層期間未發(fā)生一起頂板冒頂事故，降低了工作面機械設備損壞率，取得了顯著應用成效。