綜采工作面快速過(guò)斷層技術(shù)研究

趙秉真

（汾西礦業(yè)正升煤業(yè)， 山西 汾陽(yáng) 032200）

煤炭回采時(shí)常遇到斷層、褶皺等地質(zhì)構(gòu)造，地質(zhì)構(gòu)造會(huì)破壞煤層頂?shù)装宸€(wěn)定性以及聯(lián)系性、改變構(gòu)造附近煤巖體力學(xué)性質(zhì)，從而給煤炭正常回采帶來(lái)制約[1-2]。傳統(tǒng)的采面過(guò)斷層技術(shù)包括有新開(kāi)切眼法、強(qiáng)行破巖法等，不僅存在回采效率底、綜采設(shè)備故障發(fā)生率高等問(wèn)題，而且不利于采面頂板管理，采面在回采過(guò)地質(zhì)構(gòu)造期間容易出現(xiàn)垮落、冒頂?shù)劝踩鹿蔥3-7]。因此，應(yīng)根據(jù)采面、斷層賦存位置關(guān)系以及采面設(shè)備配備情況采取合適的過(guò)斷層技術(shù)措施，提高采面推進(jìn)速度以及安全保障能力。文中就以山西某礦15209 綜采工作面為工程實(shí)例，對(duì)采面過(guò)斷層技術(shù)進(jìn)行探討，以前為其他礦井回采工作面過(guò)斷層提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。

1 工程概況

15209 綜采工作面設(shè)計(jì)推進(jìn)長(zhǎng)度為880 m、傾斜長(zhǎng)154 m，開(kāi)采15 號(hào)煤層厚度平均4.0 m、傾角6°。15 號(hào)煤層頂?shù)装鍘r性以K2 灰?guī)r、砂巖以及泥巖為主，具體巖性特征見(jiàn)表1 所示。工作面開(kāi)采厚度為4.0 m，采面U 型通風(fēng)方式。采用主要綜采設(shè)備有MG 300/730-WD 采煤機(jī)、SGZ-746/264 刮板機(jī)、PLM1000破碎機(jī)、SZZ-764/110 轉(zhuǎn)載機(jī)以及DSJ 100/63/2*110刮板輸送機(jī)，采面頂板使用型號(hào)ZZ 6800/20/42 支架，現(xiàn)階段采面已回采推進(jìn)320 m。

表1 煤層頂?shù)装鍘r性參數(shù)

根據(jù)回采巷道掘進(jìn)揭露發(fā)現(xiàn)，采面開(kāi)采范圍內(nèi)共有F1～F4 等4 條斷層，且均為正斷層，其中F1～F3 斷層落差均在0.6 m 以內(nèi)，不會(huì)給采面回采帶來(lái)較大影響；F4 斷層落差超過(guò)1.7 m、傾角為45°，斷層斜穿整個(gè)采面，具體斷層在采面內(nèi)賦存位置見(jiàn)圖1 所示。在F4 斷層影響范圍內(nèi)頂?shù)装鍘r性破碎，頂板冒落風(fēng)險(xiǎn)較高，在一定程度上制約煤炭安全高效生產(chǎn)。

2 采面快速過(guò)斷層技術(shù)

2.1 采面過(guò)斷層技術(shù)方法

依據(jù)采面與斷層位置關(guān)系以及斷層賦存情況，提出采用爆破俯斜法過(guò)斷層。在采面回采推進(jìn)與F4 斷層相距20 m 時(shí)，采面開(kāi)始旋轉(zhuǎn)回采。由于F4 斷層與采面斜角，采面運(yùn)輸巷側(cè)會(huì)率先揭露斷層且斷層與采面夾角為11°，因此采面在旋轉(zhuǎn)回采過(guò)程中以端頭支架為基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)后應(yīng)確保采面、F4 斷層平行。具體采面過(guò)斷層示意圖見(jiàn)圖1 所示。

圖1 采面俯斜過(guò)斷層示意圖（mm）

采面旋轉(zhuǎn)到位后開(kāi)始留頂破底俯斜開(kāi)采，為避免破底過(guò)程中出現(xiàn)頂板巖層失穩(wěn)，在采面內(nèi)布置4 排松動(dòng)爆破鉆孔，鉆孔孔深均為1 200 mm、直徑43 mm、按照5°俯角施工；第一排鉆孔位于頂板下方0.5 m 處，后續(xù)鉆孔按照2 m 間距、1 m 排距布置，具體俯角松動(dòng)爆破鉆孔布置見(jiàn)圖1 所示。鉆孔施工完成后，在鉆孔內(nèi)裝入300 g 炸藥。

采面過(guò)斷層期間使用分層爆破方式，具體先爆破下層2 排松動(dòng)爆破孔，每次爆破孔爆破數(shù)量控制在5個(gè)以內(nèi)，單茬爆破控制在1.0 m 以內(nèi)；在采面傾斜方向上爆破長(zhǎng)度達(dá)到50 m 后開(kāi)始進(jìn)行上層爆破孔爆破。松動(dòng)爆破完成后及時(shí)用采煤機(jī)清理采面內(nèi)松動(dòng)的煤矸石，并前移液壓支架支護(hù)頂板。

工作面爆破俯斜回采20 m 后揭露斷層上盤，此時(shí)調(diào)整采面回采角度由俯斜開(kāi)采改為近水平回采。由于斷層帶內(nèi)巖層賦存不穩(wěn)定，采面在過(guò)斷層期間頂板容易出現(xiàn)冒落問(wèn)題，為此在斷層帶前后各5 m 范圍內(nèi)將鉆孔爆破深度控制在0.6～1.0 m，鉆孔松動(dòng)爆破完成后使用帶壓移架方式支護(hù)頂板。

當(dāng)采面在斷層上盤回采10 m 后，對(duì)采面再次進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，此時(shí)旋轉(zhuǎn)以尾部液壓支架為基準(zhǔn)，確保旋轉(zhuǎn)后的采面垂直回采巷道。

2.2 采面過(guò)斷層期間頂板控制措施

為提高采面過(guò)斷層期間頂板以及頂煤穩(wěn)定性，確保回采安全，在采面俯斜過(guò)斷層期間綜合使用“圍巖注漿+撞鍥支護(hù)+恒阻錨索吊棚”等方式對(duì)頂板進(jìn)行控制。具體支護(hù)斷面見(jiàn)圖2 所示。

圖2 采面頂板支護(hù)示意圖

2.2.1 圍巖注漿

注漿使用的設(shè)備型號(hào)為2ZBQ20/5，注漿漿液選擇馬麗散，注漿鉆孔仰角45°、孔深及間距均為5.0 m；單個(gè)鉆孔注漿時(shí)間控制在10～15 min，注漿壓力控制在3 MPa 左右；注漿后用膨脹水泥進(jìn)行封孔。

2.2.2 撞鍥支護(hù)

在頂板上布置超前支護(hù)鉆孔孔深3.0m、孔徑30 mm、仰角5°，間距1.0 m；待超前支護(hù)鉆孔施工完成后，在鉆孔內(nèi)插入Ф25 mm×3 000 mm 玻璃鋼錨桿，每3根錨桿由1 根長(zhǎng)度為2.5 m的夾板固定到頂板上。待撞鍥支護(hù)完成后，采面俯斜回采，當(dāng)回采距離為3.0 m 后開(kāi)始布置第二排撞鍥，直至采面完全回采通過(guò)F4 斷層。

2.2.3 恒阻錨索吊棚

在采面液壓支架前端面空頂位置處施工恒阻錨索吊棚，吊棚平行采面布置；吊棚頂梁為11 號(hào)工字鋼、長(zhǎng)度3.0 m；頂梁采用2 根規(guī)格Ф21.6 mm×4.0 m恒阻錨索懸吊、預(yù)緊；恒阻錨索布置在兩液壓支架間，間距為1.75 m。在采面過(guò)斷層期間使用的恒阻錨索吊棚間距為2.0 m。

3 結(jié)論

15209 綜采工作面采用俯斜爆破法過(guò)F4 斷層，并通過(guò)“圍巖注漿+撞鍥支護(hù)+恒阻錨索吊棚”等方式對(duì)頂板進(jìn)行控制，現(xiàn)場(chǎng)取得較好應(yīng)用成果。取得如下主要結(jié)論：

1）采用俯斜爆破法過(guò)F4 斷層較傳統(tǒng)的強(qiáng)推硬過(guò)法可減少破巖量約0.6 萬(wàn)m3，可顯著降低綜采設(shè)備磨損以及故障發(fā)生率，多回收煤炭約1.3 萬(wàn)t，同時(shí)采面過(guò)斷層時(shí)間控制在8 d 以內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了安全快速過(guò)斷層。

2）采面在俯斜過(guò)斷層期間綜合使用“圍巖注漿+撞鍥支護(hù)+恒阻錨索吊棚”等支護(hù)措施，提供了頂板巖層以及頂煤穩(wěn)定性，采面在過(guò)斷層期間未出現(xiàn)冒頂、頂板失穩(wěn)等情況，同時(shí)液壓支架始終保持穩(wěn)定，為采面過(guò)斷層創(chuàng)造了良好條件。