綜采工作面過斷層綜合治理技術(shù)研究

凌彭斌

（中煤新集能源股份有限公司新集一礦，安徽 淮南 232000）

斷層影響著煤巖體穩(wěn)定性，制約采煤工作面的回采效率[1-3]。以新集一礦360803 綜采工作面過斷層為背景，探索多維度斷層治理的方案和技術(shù)。

1 工程概況

360803 綜采工作面平均可采走向長1 198.5 m，平均傾斜長200 m，平均煤厚3.3 m。工作面回采至600 m 時(shí)，連續(xù)受F360805-11（H=5～12 m）、F360803-10（H=4～5 m）和SF40（H=4～5 m）三條斷層影響，累計(jì)落差超過16 m。斷層貫穿整個(gè)工作面，走向影響長度達(dá)120 m。膠帶順槽受斷層影響，局部巷道超高，最大高度9 m，走向長度45 m。

2 多維度斷層治理技術(shù)

傳統(tǒng)的綜采工作面過斷層方案多為斷層揭露后在面內(nèi)動(dòng)態(tài)調(diào)整為主，即追機(jī)移架管理、最小控頂距管理等；當(dāng)出現(xiàn)超前片冒時(shí)，使用單體液壓支柱輔助移架、人工開幫被動(dòng)支護(hù)。傳統(tǒng)的方案較為被動(dòng)，且存在較大的安全隱患，給施工帶來很大困難[4-6]。工作面受掘進(jìn)巷道層位限制，造成工作面內(nèi)調(diào)整的空間及條件制約比較明顯，導(dǎo)致工作面在過斷層期間無法達(dá)到預(yù)期效果。采取綜合治理技術(shù)很有必要。

2.1 超前改造順槽

為保證運(yùn)輸系統(tǒng)通暢，超前對膠帶順槽進(jìn)行改造，如圖1 所示。對超高地段施工Ф21.8 mm×9200 mm 錨索配合12#工字鋼形成錨索吊梁，錨索生根點(diǎn)位于穩(wěn)定巖層3 m 以上，根據(jù)巷道坡度形成錨索外露至巷道底板3.5 m，并在錨索吊梁上方使用Ф200 mm、長2.0 m 或3.0 m 的半圓木、3/4圓木穿插接頂，形成一道人工假頂，并對巷道頂板及兩幫達(dá)到支護(hù)和支撐作用，實(shí)現(xiàn)反接頂。對變坡點(diǎn)進(jìn)行改造，利用巷道修復(fù)機(jī)，超前臥底，平均臥底3.0 m，將巷道坡度由18°減緩至10°，并在坡頂形成20 m 的平臺，解決巷道超高、坡度超大、轉(zhuǎn)載機(jī)無法運(yùn)輸?shù)碾y題。

圖1 膠帶順槽改造示意圖

2.2 深孔注漿加固

利用軌道順槽鉆場以及膠帶順槽巷道，對工作面斷層采取超前深孔注漿加固措施，改善斷層面附近煤巖體的結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)煤巖體的整體性和穩(wěn)定性，降低工作面過斷層帶來的頂板冒落、煤壁片幫風(fēng)險(xiǎn)以及頂板管理難度。

1）注漿鉆孔技術(shù)要求：鉆孔Ф94 mm，全程下Ф32 mm 的篩管，終孔位置位于煤巖交界面以上3～5 m；使用“兩堵一注”的方式封孔，封孔長度不小于20 m。

2）注漿技術(shù)要求：一是注漿壓力連續(xù)兩次大于12 MPa，二是孔口及鉆孔周邊跑漿、漏漿連續(xù)三次間歇性注漿仍不能改善。

3）為保證注漿效果，采取多輪次注漿，每輪注漿均采取間歇式注漿方式，確保注漿效果達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

4）注漿工藝的應(yīng)用。根據(jù)現(xiàn)場條件，在360803 軌道順槽6#和7#鉆場共設(shè)計(jì)7 個(gè)注漿鉆孔，其注漿鉆孔參數(shù)及注漿量見表1。在膠帶順槽巷幫設(shè)計(jì)兩組共計(jì)5 個(gè)注漿鉆孔，其注漿鉆孔參數(shù)及注漿量見表2。360803 軌道順槽和膠帶順槽深孔注漿鉆孔位置如圖2。累計(jì)注漿10 t（400 袋水泥），平均每孔注漿0.83 t。

表1 360803 軌道順槽深孔注漿臺賬

圖2 360803 軌道順槽和膠帶順槽深孔注漿鉆孔位置圖

2.3 提高端頭支護(hù)強(qiáng)度

對超高段煤巖交接處超前注高分子化學(xué)材料配合煤層注水，達(dá)到加固煤體作用，提高煤體穩(wěn)定性。

2.3.1 加固煤巖交界面

高分子化學(xué)加固材料形成的固結(jié)體具有強(qiáng)度大、封閉性好、質(zhì)輕、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等特點(diǎn)，該材料的合理使用能夠明顯提高煤巖體的支撐強(qiáng)度。

1）注漿工藝

① 該材料分為A、B 組分，將A、B 組分別接入注漿泵進(jìn)料系統(tǒng)，通過混合器自動(dòng)混合，即可實(shí)現(xiàn)注漿；

② 使用雙液注漿泵，開機(jī)后打開混合器的注漿閥門，關(guān)閉放漿閥門，試注水1 min 以上；

③ 待確認(rèn)試運(yùn)轉(zhuǎn)正常后，迅速將吸漿龍頭分別放入配比好的加固材料桶內(nèi)，同時(shí)打開放漿閥門，關(guān)閉注漿閥門，觀察漿液狀況；

④ 將注漿管與充填孔位接通后，打開注漿閥門，關(guān)閉放漿閥門，開始壓注加固材料，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況通過調(diào)節(jié)截止閥調(diào)節(jié)流量，以達(dá)到所要求的配比。

2）注漿技術(shù)參數(shù)

在巷道幫部煤巖交界面位置開孔，孔深6～8 m，孔間距5 m，仰角40°～60°，共布置7 個(gè)注漿孔，注漿有效范圍達(dá)到40 m。

3）注漿效果

如表3 所示，累計(jì)注漿7 t（A、B 料共246 桶）。注漿期間，漿液最大擴(kuò)散半徑達(dá)到6 m，在巷道頂板、煤巖交界面、煤巖裂隙帶、錨桿（索）孔內(nèi)均見到漿液擴(kuò)散的痕跡。注漿后，煤體明顯硬化。回采期間，在下端頭1#至4#架附近均明顯看到漿液與煤體粘結(jié)在一起，起到了固化作用，有效提高了煤巖體的整體性和穩(wěn)定性，增加煤巖體的自身支撐強(qiáng)度。

表3 360803 膠帶順槽高分子化學(xué)加固材料注漿臺賬

2.3.2 端頭注水

為有效解決煤層超前片幫的問題，增加煤體的整體性，在上、下順槽和工作面面內(nèi)實(shí)施煤層注水措施。

1）根據(jù)地質(zhì)資料，提前標(biāo)注出斷層在膠帶順槽的影響范圍，并在煤壁側(cè)（巷道北幫）施工注水鉆孔，鉆孔間距5 m，孔深4～5 m。第一輪注水采用淺孔動(dòng)壓注水，然后將Ф40 mm、長1.8 m 的注水器埋入鉆孔內(nèi)，對孔內(nèi)持續(xù)進(jìn)行靜壓注水。

2）回采期間，在工作面內(nèi)，每天早班利用檢修時(shí)間，實(shí)施淺孔動(dòng)壓注水。注水鉆孔間距8 m，孔深8～10 m，注水壓力7～9 MPa。為保證斷層面附近煤巖體的穩(wěn)定同時(shí)兼顧施工安全，在斷層面兩側(cè)完整區(qū)域的煤體中施工傾斜鉆孔，對斷層面進(jìn)行重點(diǎn)注水。

2.3.3 施工切頂木垛

工作面推進(jìn)至膠帶順槽超高段時(shí)，接頂高度達(dá)6.0 m，因兩幫內(nèi)擠明顯，局部棚梁和木垛存在斷梁折柱的現(xiàn)象，上方接頂料存在垮塌的風(fēng)險(xiǎn)，威脅端頭作業(yè)人員的安全。為保證端頭支護(hù)的安全，回采期間在下端頭使用長4.4 m 的礦用12#工字鋼配合單體液壓支柱施工兩排跨機(jī)頭邁步走向托棚，托棚隨著端頭支架的拉移邁步向前移動(dòng)，始終保證上方接頂木料生根牢固，增加端頭支護(hù)強(qiáng)度，保證端頭三角頂?shù)陌踩?/p>

2.4 主動(dòng)調(diào)整層位

360803 工作面過F360805-11 和360803-10 斷層期間，均從機(jī)頭位置開始揭露，然后向機(jī)尾方向遷移，且煤層在回采推進(jìn)方向整體上翻。如果待斷層揭露后再調(diào)整工作面形態(tài)，斷層下盤就會從煤層底板揭露8 煤，在進(jìn)入煤層后極易發(fā)生托頂煤回采頂板片漏的風(fēng)險(xiǎn)。

通過對地質(zhì)資料研判和分析，在工作面推進(jìn)至距斷層30 m 時(shí)，開始在斷層上盤主動(dòng)破頂進(jìn)入8煤頂板回采。當(dāng)工作面進(jìn)入斷層下盤后正好跟8 煤回采，規(guī)避了托頂煤回采的風(fēng)險(xiǎn)。

3 結(jié)語

通過膠帶順槽超高段改造、兩巷深孔注漿、煤幫高分子化學(xué)材料加固、端頭和煤壁注水以及回采層位的主動(dòng)調(diào)整等一系列措施，斷層治理取得了良好效果。360803 綜采工作面于2022 年2 月22 日開始揭露F360805-11 斷層，實(shí)揭落差12 m，至3 月18 日工作面完全通過F360805-11、F360803-10 和SF40 斷層，僅用了26 d。回采期間，兩巷頂板穩(wěn)定可控，面內(nèi)未發(fā)生片冒現(xiàn)象，工作面連續(xù)安全推進(jìn)，為綜采工作面過大落差斷層積累了成功經(jīng)驗(yàn)，提供了科學(xué)的技術(shù)方案。