綜放工作面過平行斷層技術研究

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西翼第一個區段的3 煤工作面，面長295 m，推進長度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推進至588 m 處（39#架附近）預計揭露Fd59 正斷層，落差0～8.2 m，影響推進走向長度約45 m。該斷層與工作面夾角8°～10°，在工作面內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。工作面軌道順槽側推進至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°。機頭側為斷層下盤，機尾側為斷層上盤。如圖2。

圖2 Fd59 斷層預測剖面圖

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，以便調整工作面截割層位，當工作面推進至距離預測斷層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。

鉆探過程中密切關注鉆孔內出粉情況，出現巖粉等情況后，立即在原鉆孔1 m 范圍內繼續施工探孔，確保精準掌握斷層情況。

2.2 加固斷層處煤體

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

對煤壁及頂板注安固特加固時，根據現場實際情況及以往注安固特加固經驗，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 敷設金屬網維護頂板

提前準備金屬網、工字鋼等支護材料，在工作面揭露Fd59 斷層后，在揭露斷層位置前后5 組支架敷設金屬網維護頂板。出現頂板破碎漏大塊矸石時，上工字鋼維護頂板，保證頂板完整。

3 過斷層安全技術方案

3.1 降低采高

過斷層期間，斷層面前后頂板破碎區域合理控制采高，以采煤機能夠順利通過為考核標準，嚴禁隨意提剎刀。為保證過斷層期間頂板完好和維護效果，工作面采高控制在（3.2±0.1） m。若出現頂板破碎時，破碎區域嚴禁過度升液壓支架，避免支架超高接頂，支架應拉直順平，確保支架護幫效果，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 調斜工作面

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

3.3 控制截割層位

由于斷層為正斷層，根據斷層落差、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砂巖互層，粉細砂巖硬度系數（f）7～8，巖石較硬；斷層底板巖石為泥巖，泥巖硬度系數（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。通過科學計算，提前算出提剎刀范圍和度數，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為工作面每推進一個截深的剎（提）刀量，m；La為工作面每推進一個截深斷層移動距離，m。

根據地測預測圖紙數據及斷層延伸速度、提剎刀距離綜合考慮，工作面距離斷層位置74.5 m 時開始調整工作面提剎刀度數，在距離斷層5 m 前調整完畢。過斷層提剎刀度數見表1，Fd59 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 過斷層提剎刀度數一覽表

3.4 頂板管理

過斷層期間，工作面頂板完好區域的支架要升實達到初撐力，伸出伸縮梁、護幫板護實煤幫，因頂板破碎無法達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。兩順槽超前支護可視巷道壓力顯現情況適當縮短單元式支架支設間距，加大支護強度。

揭露斷層區域提前上單層金屬網維護，金屬網走向對接，傾向搭接，搭接長度不小于0.2 m，扣扣相連，每扣擰3 圈。根據情況，必要時上雙層金屬網，雙網魚鱗狀搭接，上網困難時，在網下上半圓木或工字鋼。支架歪斜控制在±5°以內，支架歪斜度數超過±5°及時調架，用單體液壓支柱調架時嚴格執行作業規程中相關規定。

3.5 防沖管理

受Fd59 斷層影響，按照中等、強沖擊危險區域劃分情況施工預卸壓鉆孔，孔間距分別不大于2 m、1 m，加強工作面過斷層區域的沖擊危險區監測，采用微震、應力在線、鉆屑法對地質構造區域進行聯合監測，并定期對微震活動及應力監測分析研判，確定是否具有沖擊危險性。

4 結論

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，通過地質預判，探明斷層性質，超前注高分子材料加固頂幫，回采時再采取調斜拉長工作面、減小一次揭露矸石范圍、降低采高、調整提剎刀度數、控制截割層位、聯網上鋼等一系列措施，用20 d 安全順利通過斷層，保持勻速推進3 刀（2.4 m）/d，避免了回采過程中出現頂板事故，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驗。