回采面仰斜法過斷層施工工藝應用

赤 永 東

（大同煤礦集團大斗溝煤業公司，山西 大同 037003）

0 引 言

綜采工作面過斷層期間受構造影響，破壞了煤巖體穩定結構，改變了圍巖力學性質，若不采取合理有效的回采工藝及過斷層安全技術措施，不僅降低了工作面回采速度，及原煤回采量，增加了設備故障率，而且很容易發生重大煤礦安全事故，如頂板冒落等；所以工作面過斷層前，必須合理分析過斷層時主要存在的技術難題，并根據實際情況采取合理有效回采工藝及安全措施；本文以大斗溝礦8201 工作面為例，對工作面過F7 斷層提出了仰斜回采工藝及合理頂板控制措施。

1 概述

1.1 工作面簡介

大同煤礦集團大斗溝煤礦8201 工作面位于井田三盤區，北東部為盤區大巷，北西部為8202 設計工作面，南東為8206 設計工作面，南西為山2#煤層可采邊界。

8201 工作面設計走向長度為1700m，傾向長度為185m，回采煤層為山西組2#煤層，煤層平均厚度為2.71m，2#煤層直接頂主要以砂質泥巖為主，平均厚度為2.2m，基本頂主要為K4 灰巖，平均厚度為8.4m，工作面采用MG750/1630-WD 型雙滾筒采煤機割煤，采用ZFG13000/27.5/42 型液壓支架支護頂板，全部垮落法處理采空區。

1.2 地質條件

根據8201 工作面鉆孔資料顯示，8201 工作面回采至1470m 處揭露一條F7 正斷層，斷層落差為1.8m，傾角為45°，斷層與工作面夾角為9°，斷層從8201 回風順槽13#導線點前5.0m 揭露，受斷層影響，工作面煤層出現上翻現象。

2 過F7 斷層主要存在技術難題

1）移架困難：由于8201 工作面揭露的F7 斷層落差為1.8m，導致工作面煤層出現上下錯移，若采用傳統直接法過斷層帶壓擦頂移架時，支架頂梁上方預留頂煤厚度達0.9m，受構造應力、回采應力影響，頂煤預留難度大，使支架頂梁損壞嚴重，導致支架移架時難度大。

2）機械設備損壞嚴重：采用傳統強行法過斷層時，采煤機破巖量大在破巖石對采煤機截割部損壞嚴重，而且巖體主要以灰巖，巖體硬度及塊徑大，在落巖時對刮板輸送機輸送槽產生沖擊破壞力，導致溜槽變形、刮板鏈斷裂現象，增加設備維修成本費用。

3）原煤損失量大：由于F7 斷層貫穿整個工作面，且斷層下盤底板巖體上移，采用傳統采煤機強行割煤時頂板破巖厚度達1.8m，工作面回采至1600m停采線位置共計原煤損失量達4.5 萬t，經濟損失達950 余萬元。

4）回采效率低：采用傳統回采工藝時，由于工作面破巖量達，單刀割煤深度不足0.5m，且割煤20m 后需對采煤機進行停機冷卻，單刀循環割煤時長達3.5h，平均回采速度不足3.0m/d。

3 仰斜發過F7 斷層施工工藝

3.1 仰斜回采工藝

1）8201 工作面從尾巷側首先揭露F7 斷層，為了減少采煤機破巖量，提高煤柱回采量，在工作面回風順槽距F7 斷層30m 處時對工作面進行旋轉回采，以工作面尾端為旋轉點，對工作面進行旋轉，旋轉后確保工作面與斷層平行布置。

2）工作面偽斜調整后以10°仰角進行仰斜回采，仰斜回采時嚴禁采煤機一次性割全刀，允許一次性割煤長度為30m，割煤深度為0.6m，割煤后及時進行移架、推移刮板輸送機，依次類推直至通刀割煤完成。

3）當工作面仰斜回采時留底煤破頂巖石，當工作面仰斜回采17m 后采煤機揭露F7 斷層下盤煤層，繼續回采10m 采煤機完全揭露下盤煤層頂板，此時即使調整采煤機回采角度，進行進水平煤層回采，如圖1 所示。

4）工作面在斷層下盤煤層進水平回采5.0m 后，再次進行旋轉回采，對工作面偽斜進行調整，此時以工作面端頭支架進行旋轉點，對工作面尾部進行旋轉回采，直至工作面與頭尾順槽完全垂直為止。

圖1 8201 工作面仰斜法過F7 斷層剖面示意圖

3.2 安全技術措施

由于2#煤層膠結穩定性差，工作面在仰斜回采期間預留頂煤難度大，煤層冒落、破碎現象嚴重，造成支架支護時出現頂梁托空現象，降低支架支護效果，所以通過研究決定，對仰斜回采頂板采取施工超前錨桿支護。

1）超前錨桿支柱主要由樹脂錨桿、固定托架、錨索等部分組成，樹脂錨桿長度為3.0m，直徑為22mm；固定托架長度由為3.2m，寬度為0.28m“JW”鋼帶制成，托架上均勻焊制3 個圓孔，孔間距為1.5m。

2）工作面仰斜揭露F7 斷層下盤煤層時，采用手持式鉆機在工作面設計頂板位置施工一排仰斜支護鉆孔，鉆孔深度為4.0m，仰角為10°，鉆孔間距為0.75m；鉆孔施工完后對鉆孔內填裝兩支錨固劑（一支MSKC23/35 超快型、一支MSK23/80 快速型），以及一根樹脂錨桿，并采用鉆機進行錨固，錨固后錨固力不得低于100kN，錨桿外露長度控制在0.2m 左右。

3）超前錨桿安裝后為防止在揭露煤層后，錨桿松動現象，同時提高端面頂板穩定后，決定在超前錨桿外露端安裝托架將其與頂板進行固定，每3 根錨桿采用一根托架進行固定，托架采用三根長度為3.5m，直徑為21.6mm 恒阻錨索進行固定，如圖2 所示。

4）超前錨桿支護施工完后，割煤時支架頂梁緊貼錨桿帶壓擦頂移架，當工作面仰斜回采3.5m 后，在工作面施工第二排超前錨桿支護，相鄰兩排超前支護交錯疊加布置，疊加距離為0.5m，依次類推直至工作面仰斜回采結束。

圖2 仰斜回采超前錨桿支護平面示意圖

3.3 實際應用效果分析

1）2018 年7 月21 日8201 工作面揭露F7 斷層，且采用仰斜回采工藝，截止7 月27 日工作面完全過斷層，在仰斜回采期間工作面平均回采速度為5.5m/d，回采期間未發生頂板破碎、冒落現象，支架初撐力、工作阻力控制在額定值84%以上。

2）采用仰斜回采時破巖量為3211m3，且主要為炭質泥巖，與傳統且行回采相比，減少破巖量達2.9萬m3，降低了工作面采煤機、刮板輸送機故障率，通過實際觀察發現，仰斜回采期間更換截齒6 個，刮板更換3 根，與傳統回采工藝相比，設備故障率降低至3%以下，全年節約設備維修費用達120 萬元。

3）與傳統回采工藝相比，仰斜回采時提高煤柱回采量達4.2 萬t，提高煤礦經濟效益達860 余萬元。

4 結束語

針對8201 工作面傳統工藝過F7 斷層時回采效率低、破巖量大、煤柱損失嚴重等技術難題，大同煤礦集團大斗溝煤業公司通過技術研究，提出了仰斜回采工藝以及合理的頂板控制措施，通過實際應用，該回采工藝大大提高了工作面回采效率，及原煤回采量，保證了工作面回采安全，得到了礦及集團公司一直認可，并在集團公司其它煤礦不穩定山西組3#、4#、5#等煤層回采中進行應用，為類似地質條件工作面回采提供實踐借鑒意義。