塔山三盤區4#層8311工作面過斷層的技術實踐

劉偉

(大同煤礦集團公司 安監局， 山西 大同 037000)

0 引言

8311工作面位于三盤區西翼，走向NE-NW，傾向NW-NE，傾角2°～4°，工作面北部為8310工作面(未掘)，南部為8312工作面(待采)，東部為三盤區西翼盤區巷，西部隔40 m煤柱與挖金灣井田山4#層8201工作面相鄰。其工作面走向長604.5～900.0 m，傾向長228.0 m，煤厚3.2～3.6 m，采高3.6 m。工作面直接頂巖性為中粒砂巖、粉細砂巖、泥巖、砂質泥巖、高嶺質泥巖，厚度為2.88～11.32 m，易垮落；直接底巖性為高嶺質泥巖、泥巖[1]?，F8311工作面推進至頭采位236 m，尾采位229 m。截至目前工作面揭露四條斷層，其工作面原揭露一條F4正斷層、工作面新揭露兩條F7、F8正斷層及5311巷原揭露一條F1正斷層。4條斷層的具體參數如表1所示。

表1 工作面斷層揭露參數

根據盤區(輔運、皮帶、回風)巷揭露的斷層情況及斷層走向、落差的變化情況推測，預計工作面采至610 m處，斷層落差為1.5～2.0 m，走向N105 °，傾向SW，傾角75 °。按照5311巷道揭露的F1斷層沿走向推測，F1和F4為一條斷層，F7、F8 斷層沿走向尖滅位置未知。F1、F4、F7、F8斷層推測情況如圖1所示。

圖1 斷層位置及走向推測平面

正?；夭善陂g，工作面通過F4(推斷與5311巷揭露F1為同一條斷層)、F7、F8共3條正斷層。其中，F4和F7兩條斷層的落差分別為1.6 m和1.4 m,對回采影響較大；F8斷層的落差較小，對回采影響小。F8斷層與F7斷層距離較近，在通過F7斷層時，適當調整挑頂高度并延長挑頂長度，保證頂板平緩過渡，可以直接通過F8斷層，不予考慮。在回采期間，必須考慮工作面通過F4與F7兩條斷層時的情況，如圖2所示[2]。

由于過斷層時頂板破碎嚴重，出現液壓支架接頂不嚴的現象，造成工作面漏頂。因此，本文重點研究過斷層的技術措施。

1 過斷層技術措施

1) 當工作面通過F7正斷層時，需要采煤機以5 °傾角截割斷層上盤頂板，如圖3中③區域頂板巖石，截割高度為0～1.4 m逐漸過渡(保證斷層區域頂板緩慢平整過渡，液壓支架接頂嚴密)，截割長度約為16 m(截割長度可適當延長，保證同時順利通過F8斷層)。采煤機截割上盤頂板時，相應留設底煤，留設高度為0～1.4 m逐漸過渡,留設區域如圖3中 ④ 區域(保證工作面底板緩慢平整過渡，刮板輸送機平直)，留設長度約為16 m，機組截割后保證斷層上盤頂板(底板)與下盤頂板(底板)平緩過渡[3]。

2) 工作面通過F4正斷層，當F4斷層斷面位置

圖2 8311工作面過斷層切巷素描剖面

圖3 8311工作面過斷層切巷地質剖面

距5311巷工作面幫≥18 m時，需要采煤機以5 °傾角截割斷層上盤頂板，截割高度為0～1.6 m逐漸過渡，截割區域如圖3中①區域(保證斷層區域頂板緩慢平整過渡，液壓支架接頂嚴密)，截割長度約為18 m。在截割上盤頂板過程中，同時留設上盤底板，留設底板高度為0～1.6 m逐漸過渡，留設長度約為18 m(保證工作面底板緩慢平整過渡，刮板輸送機平直)。機組截割后保證斷層上盤頂板(底板)與下盤頂板(底板)平緩過渡。

3) 工作面通過F4正斷層，當F4正斷層斷面位置距5311巷工作面幫小于18 m時，如圖4所示，需要采煤機從5311巷工作面幫上肩角以5 °傾角截割斷層上盤頂板，截割高度為0～1.6 m逐漸過渡，截割頂板區域如圖5中 ① 區域，截割長度0～18 m(保證斷層區域頂板緩慢平整過渡，液壓支架接頂嚴密，留設頂煤時需要及時拉架)。以5 °傾角留設下盤頂煤，頂煤留設位置如下圖5中 ② 區域，留設長度約為0～18 m。在截割上盤頂板及留設下盤頂煤過程中，需同時截割斷層下盤底板，截割高度為0～1.6 m逐漸過渡，截割長度約為0～18 m，截割區域如圖5中 ④ 區域(保證工作面底板緩慢平整過渡，刮板輸送機平直)。留設上盤底煤，留設高度為0～1.6 m，留設長度為0～18 m，留設底煤區域如圖5中 ③ 區域。采煤機截割后保證斷層上盤頂板(底板)與下盤頂板(底板)平緩過渡。

圖4 8311工作面過斷層切巷地質剖面

圖5 8311工作面過斷層切巷地質素描、剖面

4) 由工作面回采工作向前推進，F4斷層一直在逐漸向5311巷方向延伸，根據地質科地質預報分析，推斷F4與F1為同一條斷層。隨著工作面繼續向前推進，工作面揭露F4斷層斷面會逐漸靠近5311巷，并從5311巷揭露。當工作面推進至5311巷采位243 m時，為保證5311巷端頭區域液壓支架與附近工作面液壓支架過渡平緩，工作面尾端頭附近區域需要以7 °仰角截割斷層上盤頂板，截割高度為0～0.8 m，截割累計長度為7 m，如圖6中 ② 區域。留設上盤區域底板，留設累計長度為7 m，留設高度為0～0.8 m，留設底板區域如圖6中④區域，留設后保證底板沿巷道走向平緩過渡。當工作面推進至5311巷采位250 m時，需要繼續以7 °仰角留設斷層下盤頂板，留設高度為0～0.8 m，留設累計長度為2 m，留設區域如圖6中①區域，保證斷層區域頂板平緩過渡，支架仰角不超過7 °，接頂嚴密。同時，截割下盤底板，截割高度為0～0.2 m，截割累計長度為2 m，截割區域如圖6中 ③ 區域，保證斷層斷面兩側頂底板平緩過渡。

圖6 5311巷巷道F4斷層揭露區域剖面

2 具體解決方法

2.1 強化現場管理，確保施工安全

1) 當通過F7斷層時，注意挑頂高度與長度，隨時注意觀察斷層區域附近液壓支架的工作狀態。在割煤過程中，及時拉移液壓支架，打開護壁板，液壓支架要保證與頂、底板垂直(左右歪斜角度不超過±5 °)，接頂嚴實，保證斷層附近液壓支架與其他液壓支架平穩過渡，相鄰液壓支架間高度錯差不超過支架側護板的2/3。

2) 當通過F4斷層時，注意留設頂煤的高度與長度，隨時注意觀察斷層區域附近液壓支架的工作狀態。在割煤過程中，及時拉移液壓支架，并打開護壁板，液壓支架要保證與頂、底板垂直(左右歪斜角度不超過±5 °)，并要接頂嚴實，保證斷層附近液壓支架與其他液壓支架平穩過渡，相鄰液壓支架間高度錯差不超過支架側護板的2/3。如果通過F4斷層時頂煤留設較為困難，需要及時在此區域頂板注高分子頂板膠結劑，以保證頂板的完整性，確保液壓支架接頂嚴密，平緩過渡。

3) 過斷層期間采煤機采用高強度截齒，在采煤機截割斷層上盤頂板及下盤底板時，要放慢牽引速度，保證采煤機截割速度不超過3 m/min，防止采煤機因速度過快損壞齒座和機械傳動部位。采煤機通過斷層區域后，要及時檢查滾筒截齒及齒靴磨損情況，有磨損的截齒、齒靴要及時更換。

4) 當斷層區域頂板破碎或煤壁片幫嚴重時，則采用帶壓擦頂移架的方式及時移架，必要時采用提前拉架的方式維護頂板，以減少端面距及梁端頂板的空頂時間，液壓支架頂梁要升牢、升緊。工作面在回采過斷層期間，在斷層區域內留設少量頂煤和底煤，其他回采區域采用見頂見底進行回采，嚴禁留設頂、底煤。

2.2 強化頂板維護

1) 在工作面過斷層期間，采煤機司機認真觀察每刀斷層變化，根據實際情況調整斷層附近區域工作面起伏狀況。在過斷層期間，若斷層區域頂板破碎嚴重，需在頂板破碎區域注高分子頂板膠結劑，保證工作面頂板完整。在破碎區域采煤幫距頂板1.5 m處，斜向上與頂板夾角為45 °，孔深、孔距可根據現場情況注射高分子頂板膠結劑。

2) 為減少每刀破巖量和工作面刮板運輸機推移困難，在過斷層期間，采煤機逐步截割上盤頂板與下盤底板巖石，每刀挑頂、臥底量不超過100 mm。當F7斷層區域上盤頂板截割高度與斷層下盤底板齊平時，停止挑頂，且挑頂截割后上盤頂板與下盤底板齊平。當F4斷層區域下盤底煤較難留設時，在該區域注入高分子頂板膠結劑，強化頂板維護。

3) 每割完一刀煤，則應及時移架，因液壓支架少降立柱、擦頂前移，為了保證頂板完整，支架間距需均勻，不得出現擠架、咬架現象。液壓支架初撐力達到25.1 MPa以上，泵站壓力達到額定壓力31.4 MPa，液壓支架接頂嚴實。在過斷層期間，破巖段與留設煤頂區域盡量降低采高(2.5～2.6 m)，以保證采煤機過煤高度能最大限度地減少破頂量和破底量，防止頂煤塌落致使液壓支架不接頂[4]。

4) 5311巷采位在251～271 m范圍內，部分區域巷道高度達到3.8～4.0 m之間，超出工作面現有單體液壓支柱支護高度。當尾超前支護到達該區域時，根據實際情況更換支設高度為4.5 m單體液壓支柱，上齊防倒和防墜裝置，以保證初撐力達到90 kN以上。當進入巷道部分尾端頭液壓支架在推進至5311巷采位251～271 m時，必須提前在該區域液壓支架頂梁上方鋪設1～3層道木，以保證液壓支架在超高巷道區域接頂嚴實，并保證液壓支架初撐力不小于25.1 MPa。

5) 在過斷層期間，及時回收頭、尾巷巷道支護材料，最大限度卸載工作面三角區域壓力，但在5311巷揭露的F1斷層前后10 m范圍嚴禁回收巷道支護材料，保證巷道在過斷層時的支護效果。嚴控工作面刮板輸送機上竄下滑現象。若發現有上竄下滑跡象，則及時匯報隊值班室并進行調整。如果在5311巷斷層揭露區域出現頂板破碎、下沉等現象，需加強該區域頂板支護強度，可采取增加點柱或搭設錨索吊棚等支護方式加強該區域頂板支護[5]。

3 結論

正確選擇回采工作面的過斷層采煤方法，即具體針對斷層特性和落差設計不同的技術措施和安全措施，并采取多種手段，才能保證回采工作面過斷層安全順利。