大采高工作面過(guò)斷層方法的探討

摘 要：文章以5310大采高工作面過(guò)正斷層F96為例探討大采高工作面過(guò)斷層的方法。大采高工作面過(guò)斷層困難較多，主要集中在頂幫控制、割煤工藝、設(shè)備維護(hù)、瓦斯防治等方面。文章通過(guò)過(guò)斷層期間合理選擇過(guò)斷層方案、優(yōu)化割煤工藝、巷幫煤體提前加固結(jié)合工作面煤體及時(shí)現(xiàn)場(chǎng)加固的方法，總結(jié)出大采高工作面過(guò)斷層管理經(jīng)驗(yàn)，并取得顯著效果。

關(guān)鍵詞：大采高；斷層；加固；割煤工藝

1 工作面概況

5310工作面煤層平均厚度5.75m，煤層傾角2°～15°。在距切中以南468m處發(fā)育一正斷層F96，對(duì)工作面回采影響很大。

5310大采高工作面煤層頂?shù)装迩闆r：

直接頂：3m的泥巖，灰黑色，中厚層狀，含植物化石。

老頂：1.45m的細(xì)粒砂巖，深灰色，石英為主，含泥質(zhì)及白云母碎片，泥質(zhì)孔隙膠結(jié)，膠結(jié)中等，顯水平層理。

工作面共布置145架液壓支架，其中過(guò)渡液壓支架4架，排頭液壓支架7架，中間液壓支架134架。采空區(qū)采用一次采全高頂板全部垮落法管理頂板；支架的中心距全部為1.75m，中間支架最大控頂距為5.535m，最小控頂距為4.67m。

2 F96斷層概況

煤層賦存情況：

根據(jù)地質(zhì)勘探及巷道掘進(jìn)資料顯示，切眼以南468m處發(fā)育一正斷層F96，斷層F96順煤層的傾向方向延伸，最終尖滅在工作面內(nèi)。F96斷層情況如圖1、圖2及表1所示。

3 過(guò)斷層回采工藝及技術(shù)

3.1 過(guò)斷層方案選擇

從地質(zhì)情況及斷層性質(zhì)上看，F(xiàn)96斷層落差小，揭露不含水、不導(dǎo)水，影響工作面傾向長(zhǎng)度為27m，斷層兩側(cè)煤厚2.5～3.5m，53105巷該斷層處揭露煤厚為1.8～2.2m，煤層仰角為9°，頂?shù)装鍨槟鄮r，較軟。因此，該工作面過(guò)F96斷層采用直接推過(guò)的方法，減少煤炭損失。

3.2 煤體注漿加固

3.2.1 無(wú)機(jī)材料超前加固

由于F96斷層均影響機(jī)尾部分，斷層面附近20～30m范圍內(nèi)，頂板壓力較大，煤體破碎、松軟，容易發(fā)生冒頂、片幫事故，在回采過(guò)程中會(huì)造成機(jī)尾三角區(qū)片幫頂板冒頂?shù)仁鹿?，使得三角區(qū)難以控制。因此，結(jié)合53105巷煤壁側(cè)破碎情況提出，在機(jī)尾距離斷層面60～80m前，在斷層面前后30m范圍的三角區(qū)內(nèi)進(jìn)行水泥漿或無(wú)機(jī)材料深淺孔注漿加固，以控制機(jī)尾6～8個(gè)支架的頂幫。

深淺孔充填注漿方案及參數(shù)如下：

注漿孔布置：淺孔布置在53105巷靠煤一幫，布置兩排鉆孔，分為上排和下排，每排鉆孔間中心距為3000mm，排間與深孔交錯(cuò)布置，深淺孔間距為1500mm，下排孔距底板為1100mm，上下排間距為1100mm，上下深淺孔之間呈“三花”孔布置方式。巷幫孔采用錨桿鉆機(jī)或幫鉆打孔，孔徑？準(zhǔn)36～42mm；淺孔深度2000mm；深孔深度8000mm；上排孔垂直煤壁向上10～15°，左右垂直煤壁；下排孔垂直煤壁；孔口距巷道底板面高2000～2200mm，根據(jù)幫部實(shí)際情況，孔口選擇在圍巖較好處，以提高封孔效果和減少裂隙返漿的現(xiàn)象。

淺孔封孔深度為500～700mm；注漿方式為孔內(nèi)采用埋無(wú)縫注漿鋼管，全長(zhǎng)一次注漿施工；淺孔注漿材料為C425水泥+水玻璃，雙液注漿，孔口混合，水泥與水玻璃漿液體積比1：0.4；注漿壓力1MPa左右；且終孔壓力達(dá)到2～3MPa。

深孔封孔深度為2500～3000mm；注漿方式為全部深孔鉆孔采用埋注漿管，孔內(nèi)下無(wú)縫注漿鋼管與塑料管，無(wú)縫注漿鋼管位于外側(cè)，且長(zhǎng)度不得小于3000mm；深孔采用新型GP-3無(wú)機(jī)高強(qiáng)注漿材料，水灰比0.6∶1，使用成巖劑添加劑量為粉料重量的2%，單液注漿，深孔嚴(yán)禁雙液注漿；注漿孔口壓力3～5MPa，且終孔壓力達(dá)到4～6MPa。

深淺孔的注漿順序如下：

鉆孔布置順序：打鉆時(shí)先打淺孔，封孔，聯(lián)管注漿，每班注5個(gè)鉆孔；再進(jìn)行深孔的“打鉆-封孔-注深孔”工藝，或一個(gè)班淺孔、下一個(gè)班深孔的作業(yè)方式。

深淺孔注漿順序：注漿時(shí)先注淺孔，深孔一般滯后于淺孔注漿5個(gè)孔左右且滯后時(shí)間在4小時(shí)以上。

3.2.2 臨時(shí)煤壁加固

工作面過(guò)斷層過(guò)程中，煤壁破碎、頂板破碎、或片幫冒頂嚴(yán)重，工作面圍巖難以控制，需要使用專(zhuān)用無(wú)機(jī)材料工作面對(duì)煤壁、頂板進(jìn)行注漿加固。機(jī)尾三角區(qū)超前3～4m注漿。

3.3 工作面過(guò)斷層方法

3.3.1 采高及工作面調(diào)斜

斷層區(qū)兩側(cè)煤厚為1.5～3.5m，煤層傾角為9°，回采過(guò)程中工作面下部采高為4～4.5m。根據(jù)過(guò)斷層影響范圍及坡度變化，在進(jìn)入斷層破碎影響區(qū)或斷層前20m范圍前，工作面下部采高應(yīng)維持在3.8m左右。同時(shí)，斷層走向角度為110°，工作面機(jī)尾-機(jī)頭真方位為111°，為了讓工作面揭露斷層時(shí)與斷層面迎合，且讓機(jī)尾先揭露斷層，則工作面過(guò)斷層前需要調(diào)斜，即機(jī)尾比機(jī)頭進(jìn)度快3～5m左右，并于斷層前5m調(diào)整完畢。

3.3.2 工作面走向規(guī)劃

如圖4，工作面過(guò)斷層剖面示意圖，根據(jù)斷層傾向、斷距及53105巷掘進(jìn)情況，工作面過(guò)F96斷層時(shí)應(yīng)有如下規(guī)劃：工作面距斷層前10m由仰采變?yōu)槠狡拢酵七M(jìn)，機(jī)尾沿53105巷推進(jìn)，125#左右支架沿煤推進(jìn)，中間支架盡量排齊、排直，控制角度的同時(shí)盡量少割矸，通過(guò)斷層后6～8m臥底300～500mm后起坡，恢復(fù)“破底挑頂”推進(jìn)方式過(guò)薄煤區(qū)。

3.4 過(guò)斷層采煤工藝

3.4.1 采煤工藝

（1）正常割煤工藝。工作面斷層影響區(qū)范圍外，如機(jī)頭～126#支架處于正?；夭?，采用正常設(shè)計(jì)的采煤工藝，即“端頭割三角煤，往返兩刀”割煤方式，支架及時(shí)支護(hù)，成組推溜。煤壁區(qū)片幫、端面距超過(guò)規(guī)定時(shí)必須帶壓拉超前架。移架滯后于前滾筒3～4個(gè)支架，且要控制移架速度、采煤機(jī)速度，使得兩速度相適應(yīng)。

（2）單向割煤工藝。斷層影響區(qū)范圍內(nèi)，頂板壓力較大，煤體破碎、松軟，容易發(fā)生冒頂、片幫事故。因此，此區(qū)域需要連續(xù)、單向的割煤，禁止機(jī)尾進(jìn)刀。此外，工作面過(guò)斷層揭露矸石時(shí)，若采煤機(jī)能割動(dòng)，則采用采煤機(jī)慢速割矸通過(guò)，若不能，則禁止采煤機(jī)強(qiáng)行割矸，應(yīng)采用爆破工藝破矸，采煤機(jī)單向掃矸通過(guò)。單向割煤工藝具體敘述如下：

a.工作面過(guò)斷層時(shí)，采煤機(jī)在機(jī)頭進(jìn)刀后由機(jī)頭向機(jī)尾正常割煤并進(jìn)入斷層影響區(qū)或揭露斷層，及時(shí)支護(hù)，整個(gè)工作面不推溜。

b.機(jī)尾返空刀，同時(shí)推進(jìn)采煤機(jī)后方輸送機(jī)，采煤機(jī)運(yùn)行至后滾筒超出斷層影響區(qū)15個(gè)支架左右，即距離機(jī)尾50m（115#支架左右），向機(jī)尾方向進(jìn)刀、割煤（矸、掃矸），及時(shí)支護(hù)，同時(shí)，推進(jìn)機(jī)頭～115#及115～126#支架進(jìn)刀彎曲部分輸送機(jī)。

c.采煤機(jī)順著溜子向機(jī)頭牽引并推溜，至125#架自動(dòng)進(jìn)刀，并向機(jī)頭割煤，及時(shí)支護(hù)，推溜。

d.采煤機(jī)割煤至機(jī)頭后，由機(jī)頭正常進(jìn)刀，并進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。

e.支護(hù)：整個(gè)過(guò)程中采用及時(shí)支護(hù)的方式，尤其是斷層及破碎區(qū)，采煤機(jī)前滾筒過(guò)后，在不影響后滾筒的情況下，滯后前滾筒2個(gè)架移架，若不能馬上移架，必須先推出伸縮梁支護(hù)，等后滾筒過(guò)后2～3架，帶壓移架的同時(shí)收伸縮梁，并打出所有護(hù)幫板，機(jī)尾返空刀時(shí)可將護(hù)幫板收起，兩滾筒盡量自下方通過(guò)。

3.4.2 硬矸爆破工藝

過(guò)斷層過(guò)程中，當(dāng)矸石較軟，機(jī)組能割動(dòng)時(shí)，采取機(jī)組割矸通過(guò)，機(jī)組速度控制到4m/min以下。當(dāng)矸石較硬，機(jī)組割不動(dòng)時(shí)，嚴(yán)禁強(qiáng)行割矸，采取打眼放震動(dòng)炮輔助機(jī)組通過(guò)；每天在檢修班期間對(duì)已揭露的矸石進(jìn)行打眼放炮，打眼位置根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況而定。

施工工序：放炮-割矸工序?yàn)椤扒脦蛦?wèn)頂→臨時(shí)支護(hù)→打眼→裝藥→聯(lián)線→放炮→檢查→機(jī)組掃底→拉架→頂溜”。

矸石震動(dòng)爆破爆破且排除爆破安全隱患之后，方可用采煤機(jī)進(jìn)入掃矸割煤。視具體情況，采煤機(jī)掃矸割煤時(shí)采用全截深或淺截深工藝，并且控制牽引速度，同時(shí)，應(yīng)控制規(guī)定的采高、加強(qiáng)噴霧灑水等；放一次震動(dòng)炮疏松的矸體，一般可以讓采煤機(jī)割進(jìn)三刀左右，三刀之后再進(jìn)行防震動(dòng)炮，進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。

3.4.3 工作面推進(jìn)速度

工作面推進(jìn)速度是影響大采高工作面圍巖狀態(tài)和質(zhì)量的一個(gè)重要因素，過(guò)斷層期間，頂板壓力較大，煤體破碎、松軟，容易發(fā)生冒頂、片幫事故，且來(lái)壓不規(guī)律，停產(chǎn)或回采速度過(guò)慢直接導(dǎo)致煤壁大面積片幫或支架負(fù)載過(guò)大，并隨著時(shí)間的推移而惡化，甚至導(dǎo)致冒頂、支架壓壞、支架傾倒等問(wèn)題。所以，須有意識(shí)地加快推進(jìn)速度，減弱工作面礦壓的顯現(xiàn)，把斷層影響區(qū)頂板壓力甩至老塘。

3.5 提高支護(hù)質(zhì)量

3.5.1 提高液壓支架初撐力及工作阻力

在過(guò)斷層過(guò)程中，支架需要提高初撐力與工作阻力支架以增大與頂?shù)装迥Σ亮?，減少支架、頂板向后的分力，有效地預(yù)防高射炮、防治片幫、防止仰采時(shí)支架下滑、倒架、咬架。過(guò)斷層時(shí)，液壓泵站提高供液壓力為33～37MPa，液壓支架初撐力不低于26MPa且由支架工負(fù)責(zé)檢查。

3.5.2 超前支護(hù)

過(guò)斷層時(shí)，為防止采動(dòng)、斷層面錯(cuò)動(dòng)給巷道、煤體帶來(lái)破壞，回采過(guò)程中，機(jī)尾距斷層面50m左右進(jìn)行“一梁三柱”超前支護(hù)，機(jī)尾距斷層面30m左右改為“一梁四柱”超前支護(hù)。同時(shí)，單體液壓支柱需要合理的迎山角，才能發(fā)揮超前支護(hù)合理的作用，單體柱的迎山角一般等于巷道傾角的1/6～1/8，迎山角過(guò)大、過(guò)小都會(huì)降低支架的支撐能力，同時(shí)超前支護(hù)的單體液壓支柱也要適當(dāng)增加初撐力，做到迎山有力。

3.5.3 加強(qiáng)煤壁支護(hù)與管理

大采高仰采時(shí)，煤壁穩(wěn)定性較水平開(kāi)采差，尤其是構(gòu)造破碎區(qū)，如果控制不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致大面積片幫、冒頂，支架出現(xiàn)空頂、下滑、倒架的現(xiàn)象。因此，加強(qiáng)煤壁支護(hù)與管理，應(yīng)做到以下幾點(diǎn)：

（1）護(hù)幫板護(hù)幫時(shí)必須有效地、最大面積地接觸煤壁，并有一定的支護(hù)力。

（2）護(hù)幫板提前于前滾筒1～2個(gè)支架收起，并于控高滾筒過(guò)后最短時(shí)間內(nèi)將其打出。

（3）破碎、片幫地區(qū)應(yīng)拉超前架，拉超前架時(shí)，不應(yīng)將伸縮梁與護(hù)幫板收回，而是拉架同時(shí)收伸縮梁，并作出調(diào)整，整個(gè)過(guò)程中不留斷面，防治片幫、冒頂進(jìn)一步惡化。

（4）煤體、頂板破碎形成護(hù)幫板、頂梁間隙大量漏出時(shí)，應(yīng)于護(hù)幫板、架間頂部鋪網(wǎng)。

3.5.4 溜子上竄、下竄或歪架調(diào)整措施

溜子上竄（機(jī)頭）、支架上歪時(shí)，采用單向割煤工藝，由機(jī)尾向機(jī)頭割煤，工序是：機(jī)尾斜切進(jìn)刀為防止單向割煤→拉架、護(hù)幫→割煤至機(jī)頭→返空刀、臥底掃煤→機(jī)頭向機(jī)尾推溜→割機(jī)尾三角煤→進(jìn)刀→下一循環(huán)。這樣，輸送機(jī)始終由機(jī)頭往機(jī)尾推移，可以調(diào)整溜子上竄；當(dāng)溜子下竄、下歪時(shí)，采用相反方向即可。

4 取得效果

（1）利用檢修班對(duì)工作面煤體、巷幫提前加固，提高支護(hù)質(zhì)量，加強(qiáng)煤壁支護(hù)與管理，僅在斷層面前后2～3架出現(xiàn)間斷性片幫，片幫深度600～1000mm，整個(gè)過(guò)斷層期間在斷層面前后及其影響區(qū)段均未發(fā)生冒頂事故。

（2）回采過(guò)程中單向割煤，合理調(diào)整過(guò)斷層期間的割煤工藝，杜絕了大塊矸石卡絆采煤機(jī)、工作面溜子的事故，未出現(xiàn)因割矸造成的設(shè)備損壞。

（3）由于過(guò)斷層期間減小采煤機(jī)截割深度，放緩采煤機(jī)速度，未出現(xiàn)大面積片幫，沒(méi)有出現(xiàn)冒頂事故，消除了過(guò)斷層對(duì)工作面通風(fēng)瓦斯管理沒(méi)有任何不良影響。

5310工作面通過(guò)以上措施，順利通過(guò)F96斷層。