綜放工作面過平行斷層技術(shù)研究

孫建華 崔小超 李冬冬

（兗煤菏澤能化有限公司趙樓煤礦，山東 鄆城 274705）

1 概況

7302 綜放工作面是趙樓煤礦七采區(qū)西翼第一個區(qū)段的3 煤工作面，面長295 m，推進(jìn)長度1 376.5 m，煤層厚度平均6.7 m，煤層傾角平均10°。工作面采用綜采放頂煤工藝回采，使用MG900/2395-WD型雙滾筒交流電牽引采煤機，安裝ZF17000/22/42型放頂煤支架172 組。

7302 綜放工作面運輸順槽側(cè)推進(jìn)至588 m 處（39#架附近）預(yù)計揭露Fd59 正斷層，落差0～8.2 m，影響推進(jìn)走向長度約45 m。該斷層與工作面夾角8°～10°，在工作面內(nèi)揭露后逐漸向軌道順槽方向延展長度約231 m，斷層落差逐漸增大。工作面軌道順槽側(cè)推進(jìn)至633 m 時通過該斷層。如圖1。

圖1 Fd59 斷層位置示意圖

7302 綜放工作面過Fd59 正斷層期間，煤厚預(yù)計3.1～7.9 m，運輸順槽高于軌道順槽，高差10.4～20.7 m，煤層傾角為2°～4°。機頭側(cè)為斷層下盤，機尾側(cè)為斷層上盤。如圖2。

圖2 Fd59 斷層預(yù)測剖面圖

2 斷層治理方案[1-3]

2.1 探明斷層位置

為精確掌握斷層具體參數(shù)，以便調(diào)整工作面截割層位，當(dāng)工作面推進(jìn)至距離預(yù)測斷層40 m、30 m、20 m、10 m 時，在工作面100#、80#架沿垂直于煤壁斜向上3°方向，施工兩個20 m 探測孔探測斷層情況。當(dāng)探測到斷層后，每天在80#、100#、120#、140#架施工10 m 探測孔，以探明斷層具體位置。

鉆探過程中密切關(guān)注鉆孔內(nèi)出粉情況，出現(xiàn)巖粉等情況后，立即在原鉆孔1 m 范圍內(nèi)繼續(xù)施工探孔，確保精準(zhǔn)掌握斷層情況。

2.2 加固斷層處煤體

超前在工作面內(nèi)壓風(fēng)、供水管路上每隔20 m留出一個截止閥，保證供風(fēng)、供水系統(tǒng)完好。當(dāng)工作面推進(jìn)至距斷層3 m 位置時，在斷層面前后10 m區(qū)域，沿煤巖結(jié)合面注高分子堵漏材料加固斷層處煤體。加固高度應(yīng)不低于支架1 m，深度不小于煤壁向前5 m，并加強臨時支護(hù)。

對煤壁及頂板注安固特加固時，根據(jù)現(xiàn)場實際情況及以往注安固特加固經(jīng)驗，宜采取多孔少量，確保固化效果。自運輸機溜槽中板向上2.0～2.5 m施工鉆孔，鉆孔與煤壁夾角60°左右，鉆孔施工深度在7～8 m，如圖3。

圖3 煤壁及頂板加固施工示意圖（m）

2.3 敷設(shè)金屬網(wǎng)維護(hù)頂板

提前準(zhǔn)備金屬網(wǎng)、工字鋼等支護(hù)材料，在工作面揭露Fd59 斷層后，在揭露斷層位置前后5 組支架敷設(shè)金屬網(wǎng)維護(hù)頂板。出現(xiàn)頂板破碎漏大塊矸石時，上工字鋼維護(hù)頂板，保證頂板完整。

3 過斷層安全技術(shù)方案

3.1 降低采高

過斷層期間，斷層面前后頂板破碎區(qū)域合理控制采高，以采煤機能夠順利通過為考核標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)禁隨意提剎刀。為保證過斷層期間頂板完好和維護(hù)效果，工作面采高控制在（3.2±0.1） m。若出現(xiàn)頂板破碎時，破碎區(qū)域嚴(yán)禁過度升液壓支架，避免支架超高接頂，支架應(yīng)拉直順平，確保支架護(hù)幫效果，支架立柱活柱行程原則上不低于300 mm，有利于頂板控制和減小割矸石量。

3.2 調(diào)斜工作面

Fd59 斷層整體上先從運輸順槽側(cè)揭露，后從軌道順槽側(cè)揭露，并且由于該斷層與工作面近似平行，過斷層前可采取調(diào)斜的方式，使運輸順槽側(cè)超前，以減少工作面同時揭露斷層的范圍。根據(jù)斷層落差和兩巷高差情況，運輸順槽側(cè)宜超前軌道順槽側(cè)20～30 m。

3.3 控制截割層位

由于斷層為正斷層，根據(jù)斷層落差、煤厚、采高及巖性情況，工作面揭露斷層初期，斷層頂板巖石為粉細(xì)砂巖互層，粉細(xì)砂巖硬度系數(shù)（f）7～8，巖石較硬；斷層底板巖石為泥巖，泥巖硬度系數(shù)（f）3～4，巖石較軟，過斷層時首先考慮截割底板巖石，割底厚度超過2.0 m 時，再考慮截割頂板巖石，最大割頂、底量控制在2.5 m 以內(nèi)。通過科學(xué)計算，提前算出提剎刀范圍和度數(shù)，控制好截割層位。

（1）斷層延伸速度

La=（S÷L）×J=（231÷44.5）×0.8≈4.1 m

式中：La為工作面推進(jìn)一個截深斷層面向延伸方向的移動距離，m；S為斷層傾向延展長度，m；L為斷層走向延展長度，m；J為煤機截深，m。

（2）提剎刀距離計算

A=（k÷a）×La=（2÷0.11）×4.1≈74.5 m

式中：A 為超前斷層面提剎刀距離，m；k為工作面過斷層時最大允許割底（頂）量，m；a為工作面每推進(jìn)一個截深的剎（提）刀量，m；La為工作面每推進(jìn)一個截深斷層移動距離，m。

根據(jù)地測預(yù)測圖紙數(shù)據(jù)及斷層延伸速度、提剎刀距離綜合考慮，工作面距離斷層位置74.5 m 時開始調(diào)整工作面提剎刀度數(shù)，在距離斷層5 m 前調(diào)整完畢。過斷層提剎刀度數(shù)見表1，F(xiàn)d59 斷層截割層位控制圖如圖4。

圖4 Fd59 斷層截割層位控制圖

表1 過斷層提剎刀度數(shù)一覽表

3.4 頂板管理

過斷層期間，工作面頂板完好區(qū)域的支架要升實達(dá)到初撐力，伸出伸縮梁、護(hù)幫板護(hù)實煤幫，因頂板破碎無法達(dá)到初撐力的支架必須與相鄰支架襯平；頂板破碎、煤壁片幫時，要拉移超前支架，縮小空頂距。兩順槽超前支護(hù)可視巷道壓力顯現(xiàn)情況適當(dāng)縮短單元式支架支設(shè)間距，加大支護(hù)強度。

揭露斷層區(qū)域提前上單層金屬網(wǎng)維護(hù)，金屬網(wǎng)走向?qū)樱瑑A向搭接，搭接長度不小于0.2 m，扣扣相連，每扣擰3 圈。根據(jù)情況，必要時上雙層金屬網(wǎng)，雙網(wǎng)魚鱗狀搭接，上網(wǎng)困難時，在網(wǎng)下上半圓木或工字鋼。支架歪斜控制在±5°以內(nèi)，支架歪斜度數(shù)超過±5°及時調(diào)架，用單體液壓支柱調(diào)架時嚴(yán)格執(zhí)行作業(yè)規(guī)程中相關(guān)規(guī)定。

3.5 防沖管理

受Fd59 斷層影響，按照中等、強沖擊危險區(qū)域劃分情況施工預(yù)卸壓鉆孔，孔間距分別不大于2 m、1 m，加強工作面過斷層區(qū)域的沖擊危險區(qū)監(jiān)測，采用微震、應(yīng)力在線、鉆屑法對地質(zhì)構(gòu)造區(qū)域進(jìn)行聯(lián)合監(jiān)測，并定期對微震活動及應(yīng)力監(jiān)測分析研判，確定是否具有沖擊危險性。

4 結(jié)論

針對采煤工作面首次揭露平行斷層，揭露矸石范圍廣、頂板破碎的情況，按照“提前勘探、超前治理、過程管控”的原則，通過地質(zhì)預(yù)判，探明斷層性質(zhì)，超前注高分子材料加固頂幫，回采時再采取調(diào)斜拉長工作面、減小一次揭露矸石范圍、降低采高、調(diào)整提剎刀度數(shù)、控制截割層位、聯(lián)網(wǎng)上鋼等一系列措施，用20 d 安全順利通過斷層，保持勻速推進(jìn)3 刀（2.4 m）/d，避免了回采過程中出現(xiàn)頂板事故，確保了工作面安全高效回采，為今后采煤工作面過大高差平行斷層提供了一定經(jīng)驗。