綜采工作面過斷層時的頂板控制措施

趙福棟

（大同煤礦集團鐵峰煤業增子坊煤礦，山西 大同 037200）

綜采工作面遇斷層帶時，受構造應力、回采應力等影響工作面出現頂板破碎、煤壁片幫、端面距加大以及工作面超前區頂板斷裂等現象。液壓支架在斷層破碎區支護時，對破碎區頂板無法產生足夠的工作阻力，支護效果差，且支架移架時很容易發生頂板冒落、倒架等事故，威脅工作面安全回采。綜采工作面過斷層時，必須根據實際情況采取合理有效的斷層帶頂板控制措施。本文以增子坊煤礦5306 工作面為例，對工作面過F5 斷層時頂板提出了“聚氨酯纖維網配套JW 錨索梁+超前支護”等聯合控制方案。

1 概 述

同煤集團鐵峰煤業增子坊煤礦5306 工作面位于53 盤區中西部，南起53 盤區輔運巷，東部為已采5305 工作面，北側為實煤體，西側為5307 回風順槽。5306 工作面切巷設計長度為150 m，5306 回風順槽設計長度為1131 m，運輸順槽設計長度為1045 m，工作面可采長度為980 m。5306 工作面回采煤層為5#煤層，本工作面煤層賦存較為穩定，煤厚15.30～10.97 m，平均12.30 m，煤層含1～5 層夾石，單層夾石厚度0.1～0.6 m。

5306 工作面采用綜放工藝，采煤高度為3.5 m，放煤高度為8.8 m。地質資料顯示工作面回采至809 m處時將在頭部揭露一條F5逆斷層，斷層落差為1.5 m，傾角為45°，斷層對工作面回采影響長度為45 m。至2019 年7 月22 日，工作面已回采至800 m，位于頭部1 號～5 號支架之間頂板及煤壁破碎嚴重，最大空頂距為1.7 m，造成工作面回采速度慢，頂板維護難度大，威脅著工作面安全回采。

2 工作面過F5 斷層問題分析

（1）頂板、煤壁破碎嚴重。5306 工作面采用放頂煤回采工藝，預留頂煤厚度為8.8 m，回采過F5 斷層時受構造應力、回采應力以及周期來壓等影響，工作面頂板煤層出現破碎現象，頂板承載能力降低。工作面采煤后，在支架頂梁切頂作用下，端面處頂板破碎嚴重，而且伴隨著大面積片幫現象，不利于頂板安全維護。

（2）支架支護效果差。在斷層破碎帶區支架頂梁對破碎頂板進行支護時，頂梁產生的垂直向上工作阻力進一步加劇了頂板破碎力度，支架阻力越大頂板破碎越嚴重，造成支架頂梁上方破碎煤體向支架頂梁前、后方移動，導致支架頂梁上方出現鏤空現象，支架對頂板支護效果差。

（3）超前區頂板斷裂。工作面在回采時，在工作面前方5～10 m 范圍內產生超前應力區，超前應力對工作面超前頂板產生破壞作用。當過斷層帶時，位于運輸順槽側煤柱支撐作用力低時，很容易在超前區出現頂板斷裂現象，且隨著工作面前移，斷裂區沿工作面走向方向不斷延伸，工作面回采至頂板斷裂區時頂板破碎更加嚴重。

（4）放煤不充分。5306 工作面采用直接平推法過F5 斷層，過斷層期間破斷層上盤底巖，由于F5 斷層落差為1.5 m，受F5 斷層影響斷層前方煤體上移，而工作面回采煤層厚度為12.3 m，工作面直接過斷層時斷層上盤放煤高度增加，頂煤放煤不充分，未放下的頂煤隨著頂板垮落遺留至采空區內，導致采空區遺煤量大，不利于采空區安全管理。

3 F5 斷層帶處頂板控制措施

3.1 煤層深孔爆破預裂

（1）通過對煤層和直接頂之間的界面施工深孔，進行定向爆破，在不破壞直接頂的作用下，在煤層與直接頂之間產生裂隙，裂隙與工作面煤層平行，放煤時在裂隙作用下煤層與直接頂充分脫落。

（2）工作面回采至800 m，在工作面前方5.0 m處的回風順槽側煤壁施工三個爆破預裂孔。第一個終孔位置距運輸順槽15 m，第二個終孔位置距運輸順槽10 m，第三個終孔距運輸順槽5.0 m。所有預裂孔終孔位于煤層與直接頂界面處，每組預裂孔水平投影在同一條直線上，每隔10 m 施工一組預裂孔。

（3）爆破預裂孔施工完成后，對同一組預裂孔內填裝一根長度為1.0 m 定向聚能管，在聚能管兩側各均勻焊制4 個直徑為10 mm 圓孔。每個聚能管內填裝一支礦用乳化炸藥及毫秒延期電雷管，每組預裂孔每次允許爆破孔數為1 個，且從里向外依次爆破。

3.2 鋪設聚酯纖維柔性網

為了提高支架工作阻力，決定對端面處頂板施工JW 型錨索梁，并鋪設聚酯纖維柔性網。

（1）5306 工作面斷層帶處采用的聚酯纖維柔性網型號JDPET600×600MS，每卷網總長為60 m，寬度為20 m。5306 工作面過斷層期間鋪設一卷聚酯纖維柔性網即可。

（2）聚酯纖維柔性網沿工作面傾向方向鋪設寬度為10 m，工作面回采至800 m 處時，在支架頂梁前方鋪設纖維網并采用一排單錨桿進行固定，錨桿間距為3.0 m，共計施工7 根。

（3）聚酯纖維柔性網固定后，在端面破碎頂板處施工一排“JW”型錨索梁，由一根長度為JW型鋼梁以及兩根長度為4.0 m 錨索組成。錨索梁與工作面平行布置，每排施工5 架，布置間距為1.0 m。

（4）工作面端面處纖維網固定且施工完第一排JW 型錨索梁后，工作面繼續回采。在回采時將纖維網與頂梁吊掛，移架時將纖維網鋪展至煤壁，移架后支架頂梁與纖維網及錨索梁接觸嚴實。工作面每回采2.0 m 對端面頂板施工一排JW 型錨索梁，如圖1 所示。

3.3 頂板超前支護

（1）為了降低超前應力對頂板破壞作用，工作面過斷層期間對頂板施工一排超前支護。為了不影響工作面回采，首先在工作面運輸順槽側煤壁施工一排超前支護鉆孔。鉆孔深度為10 m，鉆孔垂直煤壁，鉆孔直徑為40 mm，鉆孔間距為1.5 m。整個斷層帶處共計施工30 個。

（2）鉆孔施工完后依次對鉆孔內安裝鋼針，每節鋼針長度為1.5 m，直徑為30 mm，相鄰兩節鋼針采用絲扣式連接。所有鋼針安裝后每兩根鋼針外露端采用一架“一梁兩柱”單體柱進行支撐。

圖1 5306 工作面過F5 斷層頂板聯合控制措施平面圖

4 結 語

（1）通過對斷層帶處頂板厚煤層采取深孔爆破預裂后，工作面在后期回采中斷層帶上盤厚煤層充分垮落，解決了厚煤層放煤不充分，導致采空區遺煤量大等難題。

（2）對端面破碎頂板采取聚氨酯纖維網配套JW 型錨索梁后，大大改善了端面頂板破碎以及煤壁片幫現象，端面距減小至0.5 m 以下，工作面在移架時保證了支架頂梁與頂板充分接觸，增加了液壓支架工作阻力，提高了支護效果。

（3）在工作面煤體布置超前鋼針支護后，提高了超前應力區頂板穩定性，削弱了超前集中應力對頂板破壞作用，保證了工作面安全高效回采。