綜采工作面過(guò)同煤層老巷、過(guò)斷層技術(shù)探討與經(jīng)濟(jì)開(kāi)釆

摘要：本文對(duì)綜采工作面同時(shí)過(guò)斷層、過(guò)老巷進(jìn)行了實(shí)踐研究，解決了斷層三角區(qū)及老巷內(nèi)頂板控制、斷層及老巷設(shè)備管理、優(yōu)化過(guò)斷層及老巷方案等一系列生產(chǎn)問(wèn)題，提高了煤質(zhì)，減少了斷層打放工作量，降低了材料投入費(fèi)用，提高了生產(chǎn)效率。為類似條件下工作面安全經(jīng)濟(jì)開(kāi)采提供了經(jīng)驗(yàn)和參考對(duì)象。

關(guān)鍵詞：過(guò)斷層；同煤層老巷；外部切眼

1 工作面簡(jiǎn)介

某礦1905工作面主采9層煤，煤層厚度3.3～4.0m，平均3.6m，煤層傾角26～33°，平均傾角29°，工作面走向長(zhǎng)度平均815m，傾斜長(zhǎng)度平均244m。工作面采用走向長(zhǎng)壁后退式采煤法，自然垮落法管理頂板，綜采采煤工藝。

1905回風(fēng)巷為沿空留巷，使用鋼管混凝土墩柱作為巷旁支護(hù)材料，柱距1m，使用矸石袋壘砌擋矸墻，帆布封堵防止采空區(qū)漏風(fēng)。工作面放面時(shí)預(yù)計(jì)沿空留巷修復(fù)困難，決定留設(shè)20m保護(hù)煤柱在沿空留巷以下補(bǔ)掘一條回風(fēng)巷。當(dāng)巷道掘進(jìn)362m時(shí)揭露正斷層，斷層落差6m，該斷層對(duì)應(yīng)沿空留巷終點(diǎn)位置以里174m處揭露的f2斷層。在巷道掘進(jìn)583m時(shí)，與沿空留巷支架保護(hù)煤柱寬度減小至15m，巷道圍巖壓力驟然變大，巷道斷面收斂率達(dá)到32%，上幫垮幫，巷道迎頭向后83m被煤矸充實(shí)，無(wú)法向前掘進(jìn)。經(jīng)比較研究決定退回修復(fù)沿空留巷后安裝工作面。廢棄的補(bǔ)掘回風(fēng)巷成為老巷，工作面斷層貫穿至溜尾，形成工作面同時(shí)過(guò)老巷及斷層的不利局面。

2 工作面應(yīng)力狀態(tài)分析

1905工作面推采過(guò)程中將同時(shí)過(guò)老巷、過(guò)斷層，老巷充實(shí)段內(nèi)因煤矸充實(shí)巷道，巷道圍巖應(yīng)力已經(jīng)釋放，故決定對(duì)充實(shí)段巷道不再修復(fù)。但巷道上幫收到垮幫影響，頂板空頂時(shí)間長(zhǎng)，頂板離層，部分地段頂板破碎，掉頂，在生產(chǎn)時(shí)需要提前剝幫維護(hù)頂板。沿空留巷內(nèi)隨著推采壓力顯現(xiàn)明顯，同時(shí)老巷與斷層共同對(duì)煤層完成了切割，導(dǎo)致沿空留巷與老巷之間煤柱在斷層以里段形成孤島煤柱。斷層切割煤層，使得工作面推采至老巷揭露斷層附近時(shí)形成高應(yīng)力三角煤柱。兩處高應(yīng)力煤柱在工作面推采至斷層附近時(shí)，均表現(xiàn)出片幫震頂頻繁，頂板破碎狀態(tài)，對(duì)頂板維護(hù)極為不利。

3 施工方案

根據(jù)工作面條件，提出三套施工方案：

方案一：采用工作面平推硬過(guò)斷層、老巷的方法（圖1）。

優(yōu)點(diǎn)：減少輔助工作量，工作面始終保持向前平推，減少煤炭資源丟失浪費(fèi)。

缺點(diǎn)：過(guò)斷層打放工作量大，孤島煤柱與三角煤柱頂板壓力大，頂板維護(hù)困難，容易發(fā)生漏冒頂事故，工作面推采速度受影響，超前壓力始終在工作面前方，對(duì)老巷及回風(fēng)巷支護(hù)極為不利。

方案二：采用在推采過(guò)老巷充實(shí)區(qū)后，老巷以上段支架、溜槽撤出，以老巷為回風(fēng)巷向前推采。在回風(fēng)巷斷層外20m處重新開(kāi)切眼，切眼方位角與工作面方位角相同，切眼長(zhǎng)度30m。提前蹲放支架在切眼內(nèi)，待工作面推采到與切眼平齊后，與切眼合茬變?yōu)橐粋€(gè)工作面繼續(xù)向前推采（圖2）。

優(yōu)點(diǎn)：避免了孤島煤柱高應(yīng)力區(qū)對(duì)生產(chǎn)影響，將該段回風(fēng)巷作為卸壓巷道，減小了老巷內(nèi)及三角煤柱壓力，降低了超前支承壓力對(duì)斷層的影響。在回風(fēng)巷外開(kāi)切眼，減少了過(guò)斷層打放工作量，提高了生產(chǎn)效率。

缺點(diǎn)：丟失浪費(fèi)一部分煤炭資源，部分支架需要撤除安裝，多打一條巷道，對(duì)斷層附近頂板造成影響，工作面推采過(guò)來(lái)后頂板管理困難。

方案三：沿回風(fēng)巷斷層以外20m處沿?cái)鄬幼呦蜓a(bǔ)掘回風(fēng)斜巷187m，與工作面貫通，避開(kāi)斷層，斷層以上支架、溜槽撤出，在回風(fēng)斜巷內(nèi)提前蹲放支架、溜槽，工作面向前推采逐漸延長(zhǎng)，直至斜回風(fēng)巷采完，沿回風(fēng)巷向前推采（圖3）。

優(yōu)點(diǎn)：完全避免了斷層及老巷、孤島煤柱等應(yīng)力集中區(qū)的影響，提高了工作面生產(chǎn)效率。

缺點(diǎn)：丟失浪費(fèi)煤炭資源較多，工作面支架、溜槽撤除安裝工作量大，尤其是工作面延長(zhǎng)時(shí)間較多，占用生產(chǎn)時(shí)間多。斜回風(fēng)巷向工作面推采方向掘進(jìn)，掘進(jìn)工程量大，斜回風(fēng)巷掘進(jìn)期間受超前支承壓力影響，容易誘發(fā)沖擊地壓，不安全因素較多。

綜合考慮，方案二在經(jīng)濟(jì)技術(shù)上優(yōu)于方案一、方案三，決定采用方案二。

4 過(guò)斷層、過(guò)老巷期間采取安全措施

（1）斷層上盤挑頂，下盤抬底，順平頂?shù)装?，斷層附近采高控制?.6m～2.8m，斷層上行一節(jié)，頂板挑開(kāi)一節(jié)，底板抬起一節(jié)。

（2）斷層巖石段煤機(jī)截割困難，采用爆破作業(yè)，爆破后及時(shí)回采，減少空頂時(shí)間。煤機(jī)過(guò)斷層20節(jié)后，待斷層處拉完超前支架，移溜結(jié)束后方可繼續(xù)動(dòng)機(jī)割煤。

（3）工作面過(guò)補(bǔ)掘回風(fēng)巷分段處理頂板：巷道充實(shí)段巷道內(nèi)不再修復(fù)支護(hù)，在巷道上幫剝幫維護(hù)頂板。剝幫段始終超前工作面3～5m，使用廢舊道軌沿傾向支護(hù)，廢舊工字鋼沿走向拖住道軌，使用單體一梁三柱支護(hù)工字鋼， 頂板不平處使用半圓木穿頂。上幫使用單體配半圓木逼幫，菱形網(wǎng)擋矸。巷道完好段，提前打設(shè)超前支護(hù)，超前支護(hù)長(zhǎng)度不小于50m，支設(shè)雙排單體，當(dāng)超前支承壓力明細(xì)，巷道變形嚴(yán)重時(shí)，支設(shè)三排單體。

（4）老巷內(nèi)支回柱時(shí)，人員不跨越機(jī)道，從外部切眼進(jìn)入老巷。煤機(jī)在老巷附近割煤時(shí)，嚴(yán)禁人員進(jìn)入老巷門口施工。

（5）老巷及工作面冒頂處理方法。工作面斷層及老巷內(nèi)冒頂，采用舊道軌或廢舊工字鋼及半圓木在支架頂梁上方及前方造人工假頂，老巷內(nèi)及煤壁側(cè)打設(shè)單體托住工字鋼或道軌。支架始終拉超前架，防止繼續(xù)冒頂。

（6）過(guò)老巷處斷層：斷層上行至老巷附近時(shí)，溜尾爬坡，溜槽擋煤板側(cè)低于煤壁側(cè)，煤機(jī)運(yùn)行至溜尾附近時(shí)容易割支架前梁，使料吊墊溜槽擋煤板側(cè)，確保煤機(jī)正常割煤。

（7）老巷以上支架溜槽回撤：按照撤面支護(hù)要求鋪網(wǎng)打設(shè)錨帶、錨索梁，溜尾抹角開(kāi)幫，將溜尾下滑，中間溜槽撤除外運(yùn)，，使用絞車撤除支架。撤除的支架直接運(yùn)至外切眼，在外切眼內(nèi)蹲放好。溜尾在切眼以外碼放好準(zhǔn)備延長(zhǎng)。撤除前，溜尾向外提前臥底400mm，增加巷道高度。外切眼與回風(fēng)巷交叉點(diǎn)處臥底順平底板，為延長(zhǎng)溜尾做好準(zhǔn)備。

（8）工作面合面開(kāi)采：工作面推采過(guò)老巷內(nèi)斷層后繼續(xù)向前推采，與外切眼位置平齊后停止推采，將老巷內(nèi)支架下滑與工作面支架合茬，加延溜槽，合面后工作面整體向前推采。

（9）[JP2]斷層破碎帶、老巷與工作面交叉點(diǎn)上幫側(cè)頂板，始終保持鋪網(wǎng)向前推采，每推采1.2m打設(shè)錨帶一排。錨桿間距0.9m，[JP]使用規(guī)格為20mm*2000mm錨桿，錨固力不小于130KN。

（10）加強(qiáng)設(shè)備管理，尤其過(guò)斷層期間，順平順直運(yùn)輸機(jī)，提高打放質(zhì)量，減少煤機(jī)震動(dòng)，做好斷層處支架管路及電纜保護(hù)，防止崩壞電纜及管路。

（11）對(duì)支架初撐力加強(qiáng)管理，支架超高處使用半圓木穿頂，確保支架接實(shí)頂板。拉架時(shí)控制好支架狀態(tài)，不能擠架、歪架。

（12）煤層頂板有一層泥巖，斷層上行至老巷附近時(shí)，上盤逮頂臥底，下盤臥底撇頂，減少泥巖暴露面積，便于頂板維護(hù)。待斷層上行至溜尾時(shí)，再挑開(kāi)泥巖頂板，順平頂板，保持老巷與工作面頂板不能出現(xiàn)錯(cuò)茬。

5 效果分析

1905工作面于2016年4月15日開(kāi)始揭露斷層，至2016年9月27日過(guò)斷層結(jié)束，期間過(guò)老巷149m，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)。期間生產(chǎn)原煤16.53萬(wàn)噸，減少支護(hù)材料投入30多萬(wàn)元，減少了矸石產(chǎn)生量3375t，提高了煤質(zhì)，提高了生產(chǎn)效率，增加了經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：張寶義（1970），男，現(xiàn)任新礦內(nèi)蒙能源長(zhǎng)城煤礦副總工程師，主要從事煤礦生產(chǎn)準(zhǔn)備，綜釆機(jī)電管理。