7103 工作面過斷層安全開采技術研究

賈 祥

（沁和能源集團有限公司永安煤礦，山西 晉城 048205）

1 工程概況

沁和能源集團有限公司永安煤礦7103 工作面位于井田的東北區域，煤層厚度4.4～6.9m，平均厚度5.4m。工作面煤層傾角17°～28°，平均傾角24°。7103 工作面地質構造較復雜，巷道掘進過程中共揭露斷層7 條，落差在0.4～9.1m 之間。F1、F2、F3、F4、F5、F6 斷層對回采的影響較小。F8斷層落差較大，落差達到9.1m，斷層貫穿整個工作面，與工作面夾角約為 22°，影響工作面正常回采。F8 斷層示意圖如圖1 所示。

為掌握F8 斷層附近巷道頂板應力分布規律，在理論分析的基礎上運用數值模擬軟件FLAC3D對回采時的情況進行模擬分析。模型尺寸長×寬× 高=300m×280m×390m， 開 挖 范 圍 長× 寬=200m×190m，開挖高度：煤層厚度5.4m，斷層落差9.1m，破碎帶寬度4.9m，斷層傾角72°。采用理想彈塑性模型并滿足摩爾庫侖屈服準則。

圖1 F8 斷層示意圖

2 FLAC3D 數值模擬分析研究

采用四步開挖法進行開挖作業。第一次開挖：從F8 斷層上盤向正斷層推進時，距離斷層30m 處；第二次開挖：開挖后推進至與斷層距離為10m 處；第三次開挖：開挖后推進至與斷層距離為0m 處；第四次開挖：開挖后推進至與斷層距離-20m 處。通過軟件模擬得到F8 斷層附近巷道頂板最大主應力分布云圖，如圖2 所示。

圖2 F8 斷層附近最大應力分布云圖

從F8 斷層附近巷道頂板最大主應力分布云圖可知，在7103 工作面向前推進過程中，前方煤巖體中會出現工作面超前支撐壓力影響區，并可以得到支承壓力與工作面超前煤巖體破壞之間的關系。設定工作面與斷層之間存在30m 的煤柱時，煤巖體應力集中的峰值為-25.13MPa，斷層端部最大應力為-27. 91MPa；設定煤柱寬度為10m 時，煤巖體應力集中的峰值為-26.17MPa，斷層附近應力最大值為-31.69MPa；推進斷層位置，工作面超前支撐壓力峰值為-28.98MPa，斷層尖角處應力值為-32.35MPa，該區域存在著5m 厚的破碎帶，容易出現安全事故。因此在工作面推進至F8 斷層10m 區域內，必須制定相應的過斷層安全技術措施，保障過斷層的安全順利進行。

3 7103 綜放工作面過斷層方案

3.1 工作面偽斜調整

從永安煤礦其他工作面的開采實踐可知，需要調整工作面的偽斜角，使得其與斷層面的傾角數值越小，此時采煤機的割矸量是最少的。通過實踐調整偽斜角為20°，F8 斷層面與工作面的交角確定為45°，該措施可以有效地減少斷層在工作面煤壁暴露的長度，提高過斷層的安全性。

3.2 強行割矸作業

從7103 工作面的直接頂、直接底、斷層斷距分析來看，工作面前方區域的上盤巖層比下盤巖層松軟破碎，決定采用挑頂起底法來進行強行割矸作業。

斷層上盤提前適當破頂上飄，控制面溜上飄幅度。遇全巖時，在保證煤機順利通過的前題下，采高要控制在1.5m 以下，以確保盡量少破矸石，不影響生產。

遇斷層后工作面從上盤煤層進入下盤煤層。采煤機在破頂、拉鉤后必須采用木板梁及時剎頂，保證支架的接頂。

3.3 放震動炮

在工作面推進時矸石硬度大時，必須采用放震動炮的措施。震動炮采用錨索機打眼、人工爆破作業的方式進行，在檢修班實施。

（1）震動炮沿巷道橫斷面布置四個深層炮眼，炮眼深度根據頂煤厚度而定，要求深入煤層頂板以上2m 但不得少于5m，炮眼封泥長度不得小于2.5m。

（2）震動炮沿巷道縱向布置三個普通炮眼，炮眼深度打至煤層頂板，炮眼深度根據頂煤厚度而定但不得少于4m，封泥長度不得小于2m。

（3）震動炮在回順超前支架外向外布置，炮眼橫向縱向各布置一排，共7 個炮眼,縱向的炮眼沿巷道上幫布置，且保證與上隅角瓦斯抽放管的距離保持在1m 以上。炮眼間距縱向1.6m，橫向1.5m。

3.4 注漿加固

在7103 工作面過F8 斷層帶時，當出現工作面巷道圍巖破碎無法進行錨桿和錨索安裝的情況時，可以在斷層帶進一步采用深孔注化學漿的辦法，膠結破碎巖體進行加固處理后，再進行巷道錨桿和錨索的作業施工。在對斷層帶進行注漿加固處理當中，注漿材料選用瑞琪米諾華公司生產的瑞米加固 I 號。鉆孔注漿方案：鉆孔位置迎頭頂部，孔間距1.2～1.5m，鉆孔角度20°～30°，鉆孔深度3～4m，鉆孔數量3 個。

4 工作面回采巷道的監測分析

通過103 工作面過F8 斷層帶時回采巷道圍巖變形數據的收集和處理，可掌握斷層影響下巷道的變形情況。在工作面回風巷揭露F8 斷層位置的10m、15m、20m 三處分別設置巷道變形觀測點，主觀測巷道頂底板和兩幫移近量。對監測所得數據進行綜合處理，得圖3。

圖3 7103 回風巷道三處觀測點的圍巖變形結果圖

從圖3 可知，7103 綜放工作面超前支撐壓力影響范圍主要集中在前方33m 左右，應力峰值位置超前工作面8.1～18.7m。三處觀測點的觀測數據表明，隨工作面推進，巷道圍巖變形移動變化規律基本上一致，兩幫最大移近量和頂底板最大移近量分別為144.7mm、165.1mm。從現場監測數據可知，F8 斷層對7103 工作面回采的影響在可控范圍，過F8 斷層安全技術措施是合理的，有效地保障了過斷層的安全順利。

5 結語

在理論分析的基礎上運用數值模擬軟件FLAC3D對回采時過斷層的情況進行數值模擬分析可知，F8斷層在工作面與斷層間煤柱寬度為10m 時會發生煤巖體不穩定的安全隱患。針對將會出現的安全隱患，制定了過F8 斷層的安全技術方案，主要是采用通過工作面偽斜調整、強行割矸、放震動炮、注漿加固四大技術措施，實踐應用效果理想，有效保障了工作面安全順利通過F8 斷層。