綜采工作面過(guò)斷層頂板控制措施研究

郭太斌

（山西焦煤集團(tuán)西山煤電古交西曲礦，山西 古交 030200）

綜采工作面在過(guò)斷層構(gòu)造時(shí)受構(gòu)造應(yīng)力、圍巖應(yīng)力以及采動(dòng)壓力影響，斷層上下盤附近頂板煤巖體出現(xiàn)破碎現(xiàn)象，隨著工作面不斷推進(jìn)至斷層帶，頂板破碎越嚴(yán)重，頂板一旦出現(xiàn)破碎，會(huì)在頂板局部范圍內(nèi)形成圍巖松動(dòng)圈，巖石膠結(jié)穩(wěn)定性及承載能力降低，同時(shí)超前支撐壓力加大，煤柱出現(xiàn)嚴(yán)重片幫現(xiàn)象，不僅加大了工作面移架難度，而且移架不及時(shí)端面距加大，很容易發(fā)生冒頂事故。所以為了確保綜采工作面安全高效過(guò)斷層帶，必須采取合理有效的頂板控制措施。

1 工作面概況

西山煤電集團(tuán)西曲礦位于山西省古交市汾河北岸，井田走向長(zhǎng)6.5km，傾向?qū)?km，總面積39.5km2，礦井設(shè)計(jì)年生產(chǎn)能力3.0Mt/a。主要可采煤層有3#、4#、7#、8#、9#五層煤，煤種以焦煤為主。地層走向NW，傾向SW，傾角3°～15°，一般為5°左右，井田地質(zhì)構(gòu)造條件中等，主要構(gòu)造為斷層和陷落柱。

28302工作面位于井田北三盤區(qū)，工作面北部為29303工作面，南部為28301工作面，西部為盤區(qū)大巷，如圖1所示。28302工作面回采煤層為8#煤層，煤層平均厚度為4.2m，8#煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，中部普遍含有一層泥巖夾石，夾石厚度變化不大，煤層整體傾向西南，傾角1～14°，一般為3°。28302工作面走向長(zhǎng)度為1305m，傾向長(zhǎng)度為220m。工作面頂板存在偽頂以泥巖為主，平均厚度為0.6m，直接頂以石灰?guī)r為主，平均厚度為3.85m，直接底以中粒砂巖為主，平均厚度為2.08m。

圖1 西曲礦北三盤區(qū)28302工作面布置示意圖

2 工作面地質(zhì)構(gòu)造及回采技術(shù)難題

2.1 28302工作面地質(zhì)構(gòu)造

根據(jù)西曲礦地測(cè)科提供資料顯示，28302工作面在回采期間揭露地質(zhì)構(gòu)造主要以斷層為主，共揭露7條正斷層（F7、F2324），其中F7斷層落差為0.6m，傾角為65°，斷層從28301正巷370m段插入工作面與28302副巷未貫通，從機(jī)頭端先揭露斷層，對(duì)工作面回采影響不大，而F2324斷層落差為2.0m，傾角為70°，斷層從28302副巷620m段插入工作面與28302正巷未貫通，從機(jī)尾段先揭露斷層，斷層走向長(zhǎng)度為54m，對(duì)工作面回采影響大，如圖1所示。

2.2 回采技術(shù)難題

（1）目前工作面已回采至570m，28302工作面過(guò)F7斷層時(shí)采用強(qiáng)行帶壓擦頂法過(guò)斷層，在過(guò)斷層期間頂板出現(xiàn)局部破碎、煤壁片幫等現(xiàn)象，移架時(shí)相對(duì)困難，當(dāng)工作面回采至斷層帶處時(shí)煤壁片幫嚴(yán)重，端面距加大，最大處達(dá)1.1m，頂板出現(xiàn)局部冒落現(xiàn)象，頂板控制相對(duì)困難。

（2）由于F2324斷層落差為2.0m，該斷層對(duì)回采產(chǎn)生很大的影響，通過(guò)對(duì)過(guò)F7斷層時(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行分析，預(yù)計(jì)工作面過(guò)F2324斷層主要存在以下技術(shù)難題：①F2324斷層落差大，預(yù)計(jì)工作面回采至600m處進(jìn)入斷層破碎區(qū)域，頂板受構(gòu)造應(yīng)力影響，工作面回采期間頂板破碎及煤壁片幫嚴(yán)重，采用液壓支架進(jìn)行頂板臨時(shí)控制難度大；②在過(guò)斷層帶時(shí)靠近28302副巷側(cè)超前支撐壓力加大，煤柱承載能力降低，巷道變形嚴(yán)重，甚至?xí)l(fā)生副巷頂板漏頂事故；③受斷層影響，斷層帶兩側(cè)煤巖體膠結(jié)穩(wěn)定性差，煤壁片幫嚴(yán)重，端面距加大，空頂處無(wú)法及時(shí)支護(hù)。

3 頂板控制措施研究

3.1 斷層破碎區(qū)域頂板控制措施

（1）當(dāng)28302工作面回采至F2324斷層破碎區(qū)域時(shí)，適當(dāng)減小采煤機(jī)切割深度，控制在0.5m/刀左右，割煤時(shí)嚴(yán)禁留底煤，防止移架時(shí)出現(xiàn)陷底現(xiàn)象，割煤后必須及時(shí)帶壓擦頂進(jìn)行移架。

（2）隨著工作面逐漸推進(jìn)，頂板壓力越來(lái)越大，頂板破碎現(xiàn)象也越明顯，為保證安全移架，提高頂板穩(wěn)定性，需對(duì)破碎頂板進(jìn)行控制維護(hù)。綜采一隊(duì)采用支架托梁法進(jìn)行頂板超前控制，即在相鄰三架支架頂梁鋪設(shè)三根長(zhǎng)度為5m工字鋼梁，移架時(shí)使支架頂梁帶壓頂住鋼梁進(jìn)行移架，可有效提高移架速度，防止頂板冒落砸壞支架頂梁。

（3）當(dāng)28302工作面回采至距斷層10m處時(shí)，煤壁片幫嚴(yán)重，端面距加大，為防止端面空頂處頂板垮落，必須對(duì)空頂處進(jìn)行超前支護(hù)，綜采一隊(duì)采用掏槽插梁法進(jìn)行端面空頂維護(hù)，即在工作面煤壁施工掏槽窩，然后插入長(zhǎng)度為2.0m鋼梁，鋼梁另一端與支架頂梁搭接，從而有效防止端面處頂板垮落事故發(fā)生。

3.2 斷層帶處頂板控制措施

（1）由于F2334斷層落差為2.0m，采用帶壓擦頂法強(qiáng)行過(guò)斷層不僅難度大、破巖量大、回采速度底，而且對(duì)機(jī)械設(shè)備損壞程度大，所以綜采一隊(duì)決定采用俯斜法進(jìn)行回采，俯采時(shí)需預(yù)留頂煤，頂煤厚度為0～2.0m，為防止頂煤垮落，采用注漿法對(duì)頂板進(jìn)行控制維護(hù)。在頂板預(yù)留煤柱施工注漿鉆孔，采用注漿泵對(duì)其注射馬麗散漿液，然后帶壓擦頂移架。

（2）在過(guò)斷層帶時(shí)，28302副巷頂板出現(xiàn)冒落現(xiàn)象，原巷道錨桿、錨索支護(hù)不能滿足支護(hù)需求，需對(duì)斷層帶處巷道頂板進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)。對(duì)副巷頂板施工組合錨索+架棚聯(lián)合方法進(jìn)行控制維護(hù)，每組組合錨索由5根長(zhǎng)度為8.3m錨索及規(guī)格為0.5×0.5m鋼托板組成，每排施工兩組，間排距為2.0×3.0m；鋼棚由11#工字鋼梁組成，鋼棚間距為1.0m。

4 結(jié)語(yǔ)

在28302工作面回采期間，分析了工作面過(guò)斷層時(shí)主要存在的技術(shù)難題，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況對(duì)工作面過(guò)F2324斷層提出了合理有效的頂板控制措施。實(shí)踐證明，采取措施后，加快了工作面過(guò)斷層速度，保證了工作面回采安全，避免了因斷層帶影響，造成冒頂、大面積垮落事故發(fā)生，取得了較好效果。