綜采工作面快速過斷層施工工藝探析

姚錦飛

（晉能控股煤業(yè)集團華陽煤礦， 山西 晉城 048000）

1 15102 工作面概述

晉能控股煤業(yè)集團華陽煤礦15102 工作面位于井田一采區(qū)，工作面呈南北走向布置[1]，工作面北部為15102 切巷，南部為15 號煤軌道大巷，西側(cè)距離15101 采煤工作面170 m，東側(cè)為原常莊煤礦老巷舊巷。

15102 工作面設(shè)計走向長度為1 300 m，傾向長度為200 m，工作面回采煤層為15 號煤層，煤層走向NE，傾向NW，傾角0°～7°，呈南高北低、西低東高趨勢，煤層厚度2.25～3.25 m，平均2.78 m，15102 運輸順槽沿15 號煤層頂板破底掘進[2-3]。頂板為K2 灰?guī)r，底板為粉砂巖、泥巖、鋁土泥巖，具體巖性及特征如表1 所示。

表1 15 號煤層頂、底板巖性及特征表

15102 工作面采用綜合機械化回采工藝，截至目前工作面已回采615 m，工作面在回采至605 m 處時，位于4 號—45 號支架前方揭露一條F2 斷層，落差為1.5 m，傾角為42°，斷層侵入后造成工作面底板巖層上移，工作面揭露的巖體平均厚度為1.47 m，主要為粉砂巖。

2 松動爆破回采工藝

2.1 施工目的

15102 工作面揭露的斷層巖體主要為粉砂巖，巖體為乳白色，巖體厚度為1.47 m。該巖體致密性強，巖體硬度高，且單軸抗壓強度為45 MPa，采用傳統(tǒng)掘進機破巖時，對截割部損壞嚴(yán)重。通過對工作面前期回采觀察發(fā)現(xiàn)，采用采煤機破巖時，共計損壞截齒42個，燒毀截割電機1 臺，造成設(shè)備維修費用達47.8 萬元；同時，采用掘進機破巖回采時，工作面回采效率低，工作面前期過斷層時平均回采量不足2.8 m/d，因此，針對存在的問題通過技術(shù)研究決定采用松動爆破法過F2 斷層。

2.2 施工工藝

工作面回采至615 m 處時調(diào)整工作面?zhèn)涡保ＷC工作面煤壁平直，并將工作面液壓支架前移至工作面，打開護幫板，利用采煤機將工作面的浮煤清理干凈，并將該采煤機退至機頭處[4]。

工作面?zhèn)涡闭{(diào)整完成后，采用手持式鉆機在4號—45 號支架前方巖體施工松動爆破孔，共計施工2排爆破孔，鉆孔垂直煤壁布置，鉆孔深度為1.0 m，直徑為40 mm，鉆孔間距為3.0 m，排距為0.8 m，第一排爆破孔布置在距巖體與煤體交界面0.5 m 處，相鄰兩排爆破孔呈邁步式布置。

松動爆破孔施工完后，對孔內(nèi)填裝1 支礦用乳化炸藥和1 支毫秒延期電雷管，雷管腳線連接時，上下炮孔采用邁步式串聯(lián)連接方式，每次允許爆破炮孔數(shù)量為5 個。

爆破孔內(nèi)雷管及炸藥填裝完成后，對炮孔采用水炮泥進行封孔處理，每個鉆孔水炮泥封孔深度不低于0.5 m。

第一組鉆孔爆破完成后，工作面采煤機繼續(xù)進行割煤，采煤機割煤至4 號—45 號支架之間的前方煤壁時，采用上滾筒割頂煤、下滾筒掃底巖的割煤方式，當(dāng)工作面推進一刀后，進行下一個循環(huán)爆破施工，直至工作面完全過斷層破碎帶。

3 過斷層期間圍巖控制技術(shù)

為了保證工作面爆破施工安全以及提高斷層處頂板圍巖穩(wěn)定性，防止端面破碎以及煤壁片幫現(xiàn)象，決定采取“超前管棚+邁步式錨索梁棚”聯(lián)合支護技術(shù)[5]（見圖1）。

圖1 15102 工作面端面破碎頂板聯(lián)合支護平面示意圖（mm）

3.1 超前管棚支護

3.1.1 支護作用

超前管棚支護主要是將若干根超前管棚支護體施工于采掘工作面指定頂板位置，當(dāng)工作面來壓時，使壓力作用在超前支護體上，支護體外露端作為支撐點，使巖體內(nèi)超前支護體形成穩(wěn)定的支護梁結(jié)構(gòu)，從而對巖體進行超前支護作用，防止圍巖在應(yīng)力作用下出現(xiàn)超前破碎現(xiàn)象。

3.1.2 超前支護結(jié)構(gòu)

15102 工作面采用的超前支護主要由鋼針、連接板、固定錨桿等部分組成，鋼針長度為3.0 m，直徑為30 mm，鋼針成中空狀；每組連接板長度為1.2 m，寬度為0.3 m，連接板兩端焊制兩個直徑為25 mm 的支護孔；固定錨桿長度為1.0 m，直徑為20 mm。

3.1.3 支護工藝

首先在4 號—45 號支架前方煤壁頂板施工一排超前支護孔，孔深為2.8 m，支護孔垂直煤壁布置，允許水平及垂直角度偏差為3°，超前支護孔布置間距為1.0 m。

超前支護施工完后，對孔內(nèi)插入超前鋼針，鋼針施工結(jié)束后，將相鄰2 根鋼針外露端采用1 根連接板以及2 根錨桿與頂板進行固定，如圖1 所示。工作面回采時以超前管棚支護為頂板，工作面推進2.5 m 后施工第二排超前管棚支護。

3.2 邁步式錨索梁棚支護

在工作面回采過程中，如頂板破碎不嚴(yán)重，端面空頂距在0.5 m 以下時，可及時采用液壓支架對工作面頂板進行維護，在過斷層期間，支架采用分組超前移架方式；若端面頂板空頂距大于0.5 m 時，應(yīng)及時對端面頂板采取邁步式錨索梁棚支護。

錨索梁棚主要由槽鋼梁、錨索組成，槽鋼梁長度為3.0 m，寬度為0.14 m，錨索長度為4.5 m，施工時第一排錨索梁棚施工在支架頂梁前方0.15 m 處，錨索梁棚與工作面平行布置。

錨索梁棚布置間距為1.5 m，工作面在回采推進1.5 m 后施工第二排錨索梁棚，兩排錨索梁棚采用邁步式布置；錨索梁棚支護完成后，移動工作面支架時應(yīng)保證支架頂梁與錨索梁棚接觸嚴(yán)實。

4 結(jié)語

截至2020 年11 月27 日，15102 工作面已回采結(jié)束，工作面在過F2 斷層時采取松動爆破施工后，減少的采煤機破巖量達2 422 m3，降低了采煤機故障率。后期回采過程中，采煤機共計更換截齒8 個，未出現(xiàn)電機燒毀事故，減少設(shè)備維修費用達40 余萬元，同時采取聯(lián)合支護技術(shù)后，很好地控制了斷層處頂板破碎、煤壁片幫等現(xiàn)象，提高了斷層破碎帶頂板穩(wěn)定性，取得了顯著應(yīng)用成效。