7103 工作面過斷層安全開采技術(shù)研究

賈 祥

（沁和能源集團(tuán)有限公司永安煤礦，山西 晉城 048205）

1 工程概況

沁和能源集團(tuán)有限公司永安煤礦7103 工作面位于井田的東北區(qū)域，煤層厚度4.4～6.9m，平均厚度5.4m。工作面煤層傾角17°～28°，平均傾角24°。7103 工作面地質(zhì)構(gòu)造較復(fù)雜，巷道掘進(jìn)過程中共揭露斷層7 條，落差在0.4～9.1m 之間。F1、F2、F3、F4、F5、F6 斷層對回采的影響較小。F8斷層落差較大，落差達(dá)到9.1m，斷層貫穿整個工作面，與工作面夾角約為 22°，影響工作面正?；夭伞8 斷層示意圖如圖1 所示。

為掌握F8 斷層附近巷道頂板應(yīng)力分布規(guī)律，在理論分析的基礎(chǔ)上運用數(shù)值模擬軟件FLAC3D對回采時的情況進(jìn)行模擬分析。模型尺寸長×寬× 高=300m×280m×390m， 開 挖 范 圍 長× 寬=200m×190m，開挖高度：煤層厚度5.4m，斷層落差9.1m，破碎帶寬度4.9m，斷層傾角72°。采用理想彈塑性模型并滿足摩爾庫侖屈服準(zhǔn)則。

圖1 F8 斷層示意圖

2 FLAC3D 數(shù)值模擬分析研究

采用四步開挖法進(jìn)行開挖作業(yè)。第一次開挖：從F8 斷層上盤向正斷層推進(jìn)時，距離斷層30m 處；第二次開挖：開挖后推進(jìn)至與斷層距離為10m 處；第三次開挖：開挖后推進(jìn)至與斷層距離為0m 處；第四次開挖：開挖后推進(jìn)至與斷層距離-20m 處。通過軟件模擬得到F8 斷層附近巷道頂板最大主應(yīng)力分布云圖，如圖2 所示。

圖2 F8 斷層附近最大應(yīng)力分布云圖

從F8 斷層附近巷道頂板最大主應(yīng)力分布云圖可知，在7103 工作面向前推進(jìn)過程中，前方煤巖體中會出現(xiàn)工作面超前支撐壓力影響區(qū)，并可以得到支承壓力與工作面超前煤巖體破壞之間的關(guān)系。設(shè)定工作面與斷層之間存在30m 的煤柱時，煤巖體應(yīng)力集中的峰值為-25.13MPa，斷層端部最大應(yīng)力為-27. 91MPa；設(shè)定煤柱寬度為10m 時，煤巖體應(yīng)力集中的峰值為-26.17MPa，斷層附近應(yīng)力最大值為-31.69MPa；推進(jìn)斷層位置，工作面超前支撐壓力峰值為-28.98MPa，斷層尖角處應(yīng)力值為-32.35MPa，該區(qū)域存在著5m 厚的破碎帶，容易出現(xiàn)安全事故。因此在工作面推進(jìn)至F8 斷層10m 區(qū)域內(nèi)，必須制定相應(yīng)的過斷層安全技術(shù)措施，保障過斷層的安全順利進(jìn)行。

3 7103 綜放工作面過斷層方案

3.1 工作面?zhèn)涡闭{(diào)整

從永安煤礦其他工作面的開采實踐可知，需要調(diào)整工作面的偽斜角，使得其與斷層面的傾角數(shù)值越小，此時采煤機的割矸量是最少的。通過實踐調(diào)整偽斜角為20°，F(xiàn)8 斷層面與工作面的交角確定為45°，該措施可以有效地減少斷層在工作面煤壁暴露的長度，提高過斷層的安全性。

3.2 強行割矸作業(yè)

從7103 工作面的直接頂、直接底、斷層斷距分析來看，工作面前方區(qū)域的上盤巖層比下盤巖層松軟破碎，決定采用挑頂起底法來進(jìn)行強行割矸作業(yè)。

斷層上盤提前適當(dāng)破頂上飄，控制面溜上飄幅度。遇全巖時，在保證煤機順利通過的前題下，采高要控制在1.5m 以下，以確保盡量少破矸石，不影響生產(chǎn)。

遇斷層后工作面從上盤煤層進(jìn)入下盤煤層。采煤機在破頂、拉鉤后必須采用木板梁及時剎頂，保證支架的接頂。

3.3 放震動炮

在工作面推進(jìn)時矸石硬度大時，必須采用放震動炮的措施。震動炮采用錨索機打眼、人工爆破作業(yè)的方式進(jìn)行，在檢修班實施。

（1）震動炮沿巷道橫斷面布置四個深層炮眼，炮眼深度根據(jù)頂煤厚度而定，要求深入煤層頂板以上2m 但不得少于5m，炮眼封泥長度不得小于2.5m。

（2）震動炮沿巷道縱向布置三個普通炮眼，炮眼深度打至煤層頂板，炮眼深度根據(jù)頂煤厚度而定但不得少于4m，封泥長度不得小于2m。

（3）震動炮在回順超前支架外向外布置，炮眼橫向縱向各布置一排，共7 個炮眼,縱向的炮眼沿巷道上幫布置，且保證與上隅角瓦斯抽放管的距離保持在1m 以上。炮眼間距縱向1.6m，橫向1.5m。

3.4 注漿加固

在7103 工作面過F8 斷層帶時，當(dāng)出現(xiàn)工作面巷道圍巖破碎無法進(jìn)行錨桿和錨索安裝的情況時，可以在斷層帶進(jìn)一步采用深孔注化學(xué)漿的辦法，膠結(jié)破碎巖體進(jìn)行加固處理后，再進(jìn)行巷道錨桿和錨索的作業(yè)施工。在對斷層帶進(jìn)行注漿加固處理當(dāng)中，注漿材料選用瑞琪米諾華公司生產(chǎn)的瑞米加固 I 號。鉆孔注漿方案：鉆孔位置迎頭頂部，孔間距1.2～1.5m，鉆孔角度20°～30°，鉆孔深度3～4m，鉆孔數(shù)量3 個。

4 工作面回采巷道的監(jiān)測分析

通過103 工作面過F8 斷層帶時回采巷道圍巖變形數(shù)據(jù)的收集和處理，可掌握斷層影響下巷道的變形情況。在工作面回風(fēng)巷揭露F8 斷層位置的10m、15m、20m 三處分別設(shè)置巷道變形觀測點，主觀測巷道頂?shù)装搴蛢蓭鸵平?。對監(jiān)測所得數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理，得圖3。

圖3 7103 回風(fēng)巷道三處觀測點的圍巖變形結(jié)果圖

從圖3 可知，7103 綜放工作面超前支撐壓力影響范圍主要集中在前方33m 左右，應(yīng)力峰值位置超前工作面8.1～18.7m。三處觀測點的觀測數(shù)據(jù)表明，隨工作面推進(jìn)，巷道圍巖變形移動變化規(guī)律基本上一致，兩幫最大移近量和頂?shù)装遄畲笠平糠謩e為144.7mm、165.1mm。從現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)可知，F(xiàn)8 斷層對7103 工作面回采的影響在可控范圍，過F8 斷層安全技術(shù)措施是合理的，有效地保障了過斷層的安全順利。

5 結(jié)語

在理論分析的基礎(chǔ)上運用數(shù)值模擬軟件FLAC3D對回采時過斷層的情況進(jìn)行數(shù)值模擬分析可知，F(xiàn)8斷層在工作面與斷層間煤柱寬度為10m 時會發(fā)生煤巖體不穩(wěn)定的安全隱患。針對將會出現(xiàn)的安全隱患，制定了過F8 斷層的安全技術(shù)方案，主要是采用通過工作面?zhèn)涡闭{(diào)整、強行割矸、放震動炮、注漿加固四大技術(shù)措施，實踐應(yīng)用效果理想，有效保障了工作面安全順利通過F8 斷層。