綜采工作面過斷層地質(zhì)構(gòu)造技術(shù)應(yīng)用研究

王忠忠

（山西蘭花集團唐安煤礦，山西 晉城 048000）

1 概況

唐安煤礦3307 綜采工作面布置在3 號煤層中，煤層平均厚度5.6 m，煤層傾角3°～5°，采用走向長壁后退式綜放采煤方法。工作面長度150 m，采高2.9 m，采用“U”形通風方式，順槽長度1500 m，運輸順槽規(guī)格為寬4.5 m×高3.0 m，回風順槽規(guī)格為寬4.5 m×高3.0 m。

工作面運輸順槽185～230 m 范圍內(nèi)存在正斷層，斷層走向130°，傾向40°，斷距5 m，傾角50°～60°，斷層附近煤厚3～5 m。該斷層在掘進過程中，工作面區(qū)域煤質(zhì)酥軟易垮落，巷道最大高度7.0 m，錨桿錨固力達不到設(shè)計要求，現(xiàn)場采取全長錨固+鋼梁，縮小支護排距0.6 m 后實現(xiàn)錨網(wǎng)支護。

通過地震波成像技術(shù)現(xiàn)場勘查，運輸順槽185～197 m 西幫底部有 30～60 cm 矸石，210～230 m西幫底部有30～90 cm 矸石。斷層構(gòu)造區(qū)域范圍煤質(zhì)巖體整體呈破碎現(xiàn)象，影響綜采工作面走向長度55 m，傾向長度70 m。工作面回采通過斷層地質(zhì)構(gòu)造時，前端頭及工作面斷層構(gòu)造區(qū)域范圍內(nèi)頂板管理管理難度大。工作面內(nèi)構(gòu)造情況如圖1。

圖1 工作面內(nèi)構(gòu)造情況

2 綜采工作面過斷層方案設(shè)計

根據(jù)3307 綜采工作面斷層勘查情況，首先對運輸順槽巷道坡度進行調(diào)整，其次采取煤層注漿的方式增強煤體強度，采取平推硬過法通過斷層。

2.1 調(diào)整運輸順槽巷道坡度

運輸順槽掘進過程中，掘進至185 m 揭露斷層地質(zhì)構(gòu)造，沿煤層底板進行施工，巷道坡度起伏變化不便于工作面運輸及回采推進，同時工作面巷道成型質(zhì)量差，巷道高度為2.2～7 m，工作面煤質(zhì)酥軟易垮落。綜采工作面挑頂前運輸順槽剖面圖如圖2。

圖2 綜采工作面挑頂前運輸順槽剖面圖

為保證工作面后期正常回采通過斷層，采取對該區(qū)域巷道進行挑頂?shù)姆绞?，調(diào)整運輸巷道坡度為7°，挑頂后巷道高度調(diào)整為3～7 m，如圖3。

圖3 綜采工作面挑頂后運輸順槽剖面圖

2.2 斷層構(gòu)造區(qū)域煤層注漿

工作面推進至240 m 時，采取注漿工藝對工作面頂板煤幫進行充填加固，增加工作面煤層強度及穩(wěn)定性，防止發(fā)生頂板冒落片幫事故。煤層注漿采用高度粘合力和機械強度好雙組合高分子--聚亞胺膠脂材料[1-3]。鉆孔布置在工作面受斷層影響區(qū)域的煤壁，鉆孔深4 m，間距5 m（若頂板、煤壁破碎，可根據(jù)現(xiàn)場情況適當縮小間距），角度為仰角+35°（根據(jù)煤幫、頂板受力情況，合理選擇角度），鉆孔距底板2 m，鉆孔布置至頂幫完好位置，每四刀一循環(huán)。鉆孔布置完成后，安設(shè)注漿管路。注漿管路采用封孔器管路注漿，注漿封孔器后部2.0 m為無孔鐵管，前部2.0 m 為有孔鐵管。綜采工作面注漿眼布置如圖4。

2.2.1 注漿工作準備

要求動力風源0.4～0.7 MPa，在作業(yè)過程中不得無故出現(xiàn)停風，以免造成設(shè)備損壞。準備兩根DN13 高壓管和一根DN19 風管，長度以滿足供風管路接到注漿泵為宜。將設(shè)備和物料堆放在作業(yè)現(xiàn)場，作業(yè)時要保證原材料能夠滿足注漿速度。打孔作業(yè)時，每臺設(shè)備配備4 名作業(yè)人員，2 人負責前后聯(lián)絡(luò)與備料，1 人負責倒液，1 人負責連接注射管路及注射槍頭及開動或關(guān)閉設(shè)備。將清水和機油準備到位，每班注漿結(jié)束后必須用清水沖洗樹脂缸體和管路，機油沖洗催化劑缸體及管路。準備足夠的棉紗用來防止原料順裂隙流出造成浪費。作業(yè)前，應(yīng)提前將注漿管路、注漿配件、注漿材料等工具物料準備到位。

圖4 綜采工作面注漿眼布置示意圖

2.2.2 注漿工作流程

在設(shè)計的鉆孔位置進行打孔作業(yè)，若現(xiàn)場情況發(fā)生變化時，可根據(jù)現(xiàn)場施工情況在技術(shù)人員指導下進行適當調(diào)整。把多功能泵及其附件組裝好后，要求用U 型卡固定牢靠，注漿過程中要觀察各聯(lián)接位置是否有松動現(xiàn)象，以防漿液噴出，發(fā)現(xiàn)問題要及時進行處理。注漿過程中，操作人員要觀察注漿比例和注漿壓力。單孔注漿結(jié)束標準為擴散范圍≥1.5 m，停止注漿，用清水沖洗混合槍和管路。換孔注漿。注漿完畢后，用機油和水分別清洗多功能泵及其附件。

2.3 施工方法及技術(shù)要求

（1）綜采工作面回采至240 m 時，考慮到斷層區(qū)域頂煤破碎，運輸順槽排頭三架支架上方鋪設(shè)雙層金屬網(wǎng)，用來維護刮板輸送機機頭工作空間，同時減少架間漏煤。每割一刀煤連一次網(wǎng)，和運輸順槽超前支護頂網(wǎng)搭接好，并且頂梁前端網(wǎng)下垂梁沿不小于0.6 m，便于再一循環(huán)掛網(wǎng)時的聯(lián)接。鋪金屬頂網(wǎng)時，長邊搭接不少于200 mm，短邊搭接不少于200 mm，用聯(lián)網(wǎng)絲聯(lián)好，每米不少于5 扣，每扣扭結(jié)不少于3 圈。

（2）運輸順槽高冒區(qū)采用4 m 木梁配合DW31.5 型單體液壓支柱支護，木梁上架設(shè)道木、小板，用木楔背實，確保與原巷道支護接頂嚴實，采用在木垛下支設(shè)單體液壓柱配合鉸接梁的方式支護頂板。接近超高段時提前架設(shè)木梁（規(guī)格Ф150 mm×4000 mm），木梁隨底板吊掛平穩(wěn)，高度距底板2.9 m，木梁排距0.9 m，使用8#鐵絲雙層吊掛于托梁上。超高段高度大于3.3 m，且長度大于4 m 時，需在木梁上傳設(shè)4 m 木梁，使之成為一個整體。

（3）超前支護時，提前穿好道木，支墊小板，并用鐵絲捆綁牢靠，然后支設(shè)單體液壓支柱。運輸順槽超前支護采用在金屬網(wǎng)下支設(shè)液壓支柱配合鉸接頂梁支護頂板，距西幫0.5 m 和距東幫1 m 處支設(shè)液壓支柱配合鉸接頂梁進行支護，柱距1 m，排距3 m。超前支護距離增加至保證每班不少于30 m（距工作面煤壁），單體柱支護必須達初撐力，并設(shè)有防倒保護裝置。

（4）工作面揭露矸石后，根據(jù)矸石硬度大小，可使用采煤機強行截割。若在切割過程中，采煤機直接負荷增大，搖臂抖動幅度較大時，應(yīng)采取放震動炮法對矸石進行爆破。

2.4 工程量及注漿效果

2.4.1 工程量

本次斷層深孔注漿改造工程共施工鉆孔37 個，實際孔深3700 m，共消耗注漿材料135.5 t，單孔注漿量達3.7 t，單孔最大注漿量達10.2 t。

2.4.2 注漿效果

在正常情況下工作面每天可推進3 m。工作面回采進入斷層影響范圍后，在注漿區(qū)前50 m范圍內(nèi)，工作面煤墻局部成型差，共發(fā)生片幫冒頂4 次，片冒范圍較大，大大延緩了工作面推進進度。進入注漿加固區(qū)域后，工作面片幫冒頂情況得到了有效控制，工作面平均每日可回采2.5 m 左右。

3 應(yīng)用效果

通過對3307 綜采工作面運輸順槽巷道坡度調(diào)整+煤層頂幫注漿加固后，成巷的穩(wěn)定性以及煤體強度顯著加強，工作面在過斷層地質(zhì)構(gòu)造時未出現(xiàn)片幫冒頂情況，工作面平均日回采進度顯著提高。

工作面在回采過程中過斷層地質(zhì)構(gòu)造時，容易造成安全隱患，在工作面回采前，就要對煤層地質(zhì)情況充分探查，掌握詳實的地質(zhì)資料，采取針對性安全舉措，從而保證礦井安全高效生產(chǎn)。