綜采工作面過斷層地質構造技術應用研究

王忠忠

（山西蘭花集團唐安煤礦，山西 晉城 048000）

1 概況

唐安煤礦3307 綜采工作面布置在3 號煤層中，煤層平均厚度5.6 m，煤層傾角3°～5°，采用走向長壁后退式綜放采煤方法。工作面長度150 m，采高2.9 m，采用“U”形通風方式，順槽長度1500 m，運輸順槽規格為寬4.5 m×高3.0 m，回風順槽規格為寬4.5 m×高3.0 m。

工作面運輸順槽185～230 m 范圍內存在正斷層，斷層走向130°，傾向40°，斷距5 m，傾角50°～60°，斷層附近煤厚3～5 m。該斷層在掘進過程中，工作面區域煤質酥軟易垮落，巷道最大高度7.0 m，錨桿錨固力達不到設計要求，現場采取全長錨固+鋼梁，縮小支護排距0.6 m 后實現錨網支護。

通過地震波成像技術現場勘查，運輸順槽185～197 m 西幫底部有 30～60 cm 矸石，210～230 m西幫底部有30～90 cm 矸石。斷層構造區域范圍煤質巖體整體呈破碎現象，影響綜采工作面走向長度55 m，傾向長度70 m。工作面回采通過斷層地質構造時，前端頭及工作面斷層構造區域范圍內頂板管理管理難度大。工作面內構造情況如圖1。

圖1 工作面內構造情況

2 綜采工作面過斷層方案設計

根據3307 綜采工作面斷層勘查情況，首先對運輸順槽巷道坡度進行調整，其次采取煤層注漿的方式增強煤體強度，采取平推硬過法通過斷層。

2.1 調整運輸順槽巷道坡度

運輸順槽掘進過程中，掘進至185 m 揭露斷層地質構造，沿煤層底板進行施工，巷道坡度起伏變化不便于工作面運輸及回采推進，同時工作面巷道成型質量差，巷道高度為2.2～7 m，工作面煤質酥軟易垮落。綜采工作面挑頂前運輸順槽剖面圖如圖2。

圖2 綜采工作面挑頂前運輸順槽剖面圖

為保證工作面后期正常回采通過斷層，采取對該區域巷道進行挑頂的方式，調整運輸巷道坡度為7°，挑頂后巷道高度調整為3～7 m，如圖3。

圖3 綜采工作面挑頂后運輸順槽剖面圖

2.2 斷層構造區域煤層注漿

工作面推進至240 m 時，采取注漿工藝對工作面頂板煤幫進行充填加固，增加工作面煤層強度及穩定性，防止發生頂板冒落片幫事故。煤層注漿采用高度粘合力和機械強度好雙組合高分子--聚亞胺膠脂材料[1-3]。鉆孔布置在工作面受斷層影響區域的煤壁，鉆孔深4 m，間距5 m（若頂板、煤壁破碎，可根據現場情況適當縮小間距），角度為仰角+35°（根據煤幫、頂板受力情況，合理選擇角度），鉆孔距底板2 m，鉆孔布置至頂幫完好位置，每四刀一循環。鉆孔布置完成后，安設注漿管路。注漿管路采用封孔器管路注漿，注漿封孔器后部2.0 m為無孔鐵管，前部2.0 m 為有孔鐵管。綜采工作面注漿眼布置如圖4。

2.2.1 注漿工作準備

要求動力風源0.4～0.7 MPa，在作業過程中不得無故出現停風，以免造成設備損壞。準備兩根DN13 高壓管和一根DN19 風管，長度以滿足供風管路接到注漿泵為宜。將設備和物料堆放在作業現場，作業時要保證原材料能夠滿足注漿速度。打孔作業時，每臺設備配備4 名作業人員，2 人負責前后聯絡與備料，1 人負責倒液，1 人負責連接注射管路及注射槍頭及開動或關閉設備。將清水和機油準備到位，每班注漿結束后必須用清水沖洗樹脂缸體和管路，機油沖洗催化劑缸體及管路。準備足夠的棉紗用來防止原料順裂隙流出造成浪費。作業前，應提前將注漿管路、注漿配件、注漿材料等工具物料準備到位。

圖4 綜采工作面注漿眼布置示意圖

2.2.2 注漿工作流程

在設計的鉆孔位置進行打孔作業，若現場情況發生變化時，可根據現場施工情況在技術人員指導下進行適當調整。把多功能泵及其附件組裝好后，要求用U 型卡固定牢靠，注漿過程中要觀察各聯接位置是否有松動現象，以防漿液噴出，發現問題要及時進行處理。注漿過程中，操作人員要觀察注漿比例和注漿壓力。單孔注漿結束標準為擴散范圍≥1.5 m，停止注漿，用清水沖洗混合槍和管路。換孔注漿。注漿完畢后，用機油和水分別清洗多功能泵及其附件。

2.3 施工方法及技術要求

（1）綜采工作面回采至240 m 時，考慮到斷層區域頂煤破碎，運輸順槽排頭三架支架上方鋪設雙層金屬網，用來維護刮板輸送機機頭工作空間，同時減少架間漏煤。每割一刀煤連一次網，和運輸順槽超前支護頂網搭接好，并且頂梁前端網下垂梁沿不小于0.6 m，便于再一循環掛網時的聯接。鋪金屬頂網時，長邊搭接不少于200 mm，短邊搭接不少于200 mm，用聯網絲聯好，每米不少于5 扣，每扣扭結不少于3 圈。

（2）運輸順槽高冒區采用4 m 木梁配合DW31.5 型單體液壓支柱支護，木梁上架設道木、小板，用木楔背實，確保與原巷道支護接頂嚴實，采用在木垛下支設單體液壓柱配合鉸接梁的方式支護頂板。接近超高段時提前架設木梁（規格Ф150 mm×4000 mm），木梁隨底板吊掛平穩，高度距底板2.9 m，木梁排距0.9 m，使用8#鐵絲雙層吊掛于托梁上。超高段高度大于3.3 m，且長度大于4 m 時，需在木梁上傳設4 m 木梁，使之成為一個整體。

（3）超前支護時，提前穿好道木，支墊小板，并用鐵絲捆綁牢靠，然后支設單體液壓支柱。運輸順槽超前支護采用在金屬網下支設液壓支柱配合鉸接頂梁支護頂板，距西幫0.5 m 和距東幫1 m 處支設液壓支柱配合鉸接頂梁進行支護，柱距1 m，排距3 m。超前支護距離增加至保證每班不少于30 m（距工作面煤壁），單體柱支護必須達初撐力，并設有防倒保護裝置。

（4）工作面揭露矸石后，根據矸石硬度大小，可使用采煤機強行截割。若在切割過程中，采煤機直接負荷增大，搖臂抖動幅度較大時，應采取放震動炮法對矸石進行爆破。

2.4 工程量及注漿效果

2.4.1 工程量

本次斷層深孔注漿改造工程共施工鉆孔37 個，實際孔深3700 m，共消耗注漿材料135.5 t，單孔注漿量達3.7 t，單孔最大注漿量達10.2 t。

2.4.2 注漿效果

在正常情況下工作面每天可推進3 m。工作面回采進入斷層影響范圍后，在注漿區前50 m范圍內，工作面煤墻局部成型差，共發生片幫冒頂4 次，片冒范圍較大，大大延緩了工作面推進進度。進入注漿加固區域后，工作面片幫冒頂情況得到了有效控制，工作面平均每日可回采2.5 m 左右。

3 應用效果

通過對3307 綜采工作面運輸順槽巷道坡度調整+煤層頂幫注漿加固后，成巷的穩定性以及煤體強度顯著加強，工作面在過斷層地質構造時未出現片幫冒頂情況，工作面平均日回采進度顯著提高。

工作面在回采過程中過斷層地質構造時，容易造成安全隱患，在工作面回采前，就要對煤層地質情況充分探查，掌握詳實的地質資料，采取針對性安全舉措，從而保證礦井安全高效生產。