8105 綜采工作面過(guò)斷層綜合技術(shù)研究

馬智慧

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)朔州煤電園區(qū)建設(shè)管理公司，山西 朔州 036000）

1 概況

新村煤業(yè)8105 工作面為綜采工作面，主采3#煤層，平均煤厚3.2 m，平均傾角3°，工作面走向長(zhǎng)1500 m，傾向長(zhǎng)230 m。工作面基本頂為平均厚度29 m 的砂巖，直接頂為平均厚度2.4 m 的泥巖，直接底為平均厚度4.9 m 的泥巖及高嶺質(zhì)巖，屬于近水平開(kāi)采。8105 綜采工作面于切眼向外1321 m處揭露斷層，影響范圍為切眼向外1321～1390 m 處。大斷層平剖面圖如圖1。

2 過(guò)斷層技術(shù)應(yīng)用

2.1 頂板管理與支護(hù)強(qiáng)化

2.1.1 2105 巷支護(hù)強(qiáng)化技術(shù)

2105 巷位于工作面東側(cè)，巷道周圍均為未開(kāi)采煤巖體。在工作面回采至斷層影響范圍時(shí)，實(shí)時(shí)觀察巷道頂板應(yīng)力狀況，斷層影響范圍內(nèi)的原巷道支護(hù)材料不得回收，在工作面回采至切眼向外1311～1340 m 處時(shí)，需對(duì)巷道支護(hù)進(jìn)行強(qiáng)化加固，保證工作面回采時(shí)巷道的穩(wěn)定性。在2105 巷內(nèi)進(jìn)行懸吊工字鋼梁、打設(shè)井字形木垛、填充抗壓材料羅克休以及噴漿加固等方式構(gòu)筑人工假頂[1-2]。

巷道支護(hù)強(qiáng)化布置及支護(hù)參數(shù)如圖2。首先采用腳手架及Ф50 mm×6 m 的鋼管打設(shè)施工平臺(tái)，在巷道頂板打設(shè)錨索進(jìn)行工字鋼梁橫向懸掛；然后采用Ф18 mm×1.2 m 螺紋錨桿穩(wěn)固工字鋼梁，并采用鋼筋網(wǎng)對(duì)懸掛工字鋼進(jìn)行鋪設(shè)扎連，隨后打設(shè)井字形木垛，填充抗壓材料羅克休；最后進(jìn)行噴漿封閉。在進(jìn)行巷道支護(hù)強(qiáng)化時(shí)需要注意不得阻礙巷道通風(fēng)。

2.1.2 5105 巷加強(qiáng)頂板管理

5105 巷位于工作面西側(cè)，臨近2103 采空區(qū)。當(dāng)工作面回采至斷層影響范圍時(shí)，要嚴(yán)密觀察巷道頂板變形情況，若出現(xiàn)明顯裂縫或破碎現(xiàn)象，在巷道近采空區(qū)側(cè)巷幫距底板2 m 處打設(shè)一排錨桿進(jìn)行支護(hù)，同時(shí)在距切眼1370～1410 m 處以間距3.2 m、排距2 m 補(bǔ)打錨索，錨索采用Ф17.8 mm×8 m、Ф17.8 mm×7 m、Ф17.8 mm×6 m型號(hào)錨索各一根，呈品字形打設(shè)。補(bǔ)充打設(shè)錨索布置圖如圖3。

圖1 大斷層平剖面圖

圖2 巷道支護(hù)強(qiáng)化布置及參數(shù)

圖3 補(bǔ)充打設(shè)錨索布置圖

2.1.3 支架機(jī)道寬度調(diào)整

工作面回采至斷層影響范圍時(shí)，切眼內(nèi)45#支架至56#支架之間將會(huì)受斷層影響，頂板破碎較為嚴(yán)重。為了保證工作面生產(chǎn)時(shí)頂板安全，將45#支架至56#支架之間的支架機(jī)道調(diào)整為2 m，采用追機(jī)帶壓移架的作業(yè)方法壓縮空頂范圍及空頂時(shí)間，確保工作面過(guò)斷層時(shí)的安全生產(chǎn)[3-4]。

2.2 采煤工藝優(yōu)化

2.2.1 偽斜調(diào)整

為在工作面過(guò)斷層時(shí)減少其對(duì)工作面回采安全的影響，同時(shí)降低采煤的含矸量，結(jié)合工作面內(nèi)綜采設(shè)備性能參數(shù)及地質(zhì)條件，在工作面回采至過(guò)斷層時(shí)，機(jī)頭端推進(jìn)速度與機(jī)尾端推進(jìn)速度調(diào)整為3:1，直至工作面頭尾推進(jìn)距離相差15 m 時(shí)頭尾同步推進(jìn)，使工作面過(guò)斷層時(shí)與斷層間的夾角達(dá)到19°。當(dāng)工作面回采通過(guò)斷層后，機(jī)頭機(jī)尾按1:5的推進(jìn)速度調(diào)整，最終達(dá)到工作面頭尾相對(duì)平齊[5-6]。

2.2.2 仰斜破頂過(guò)斷層

根據(jù)8105 工作面地質(zhì)資料及巷道實(shí)際條件，切眼向外1330～1390 m 為上坡段，刮板機(jī)在垂向上可彎折角度在±3°之間，所以，工作面在回采時(shí)需要保證機(jī)頭至機(jī)尾之間保持坡度平緩。8105 工作面在過(guò)斷層時(shí)，可從工作面機(jī)頭端直接破頂，工作面中部以及尾部平緩?fù)七M(jìn)，當(dāng)機(jī)尾端最后40 架揭露斷層后，由機(jī)尾端再次破頂推進(jìn)，直到工作面推過(guò)斷層。工作面整個(gè)過(guò)斷層推進(jìn)流程以割三刀為一個(gè)循環(huán)，每循環(huán)斜上割兩刀，平割一刀，可使工作面破頂0.2 m，經(jīng)過(guò)25 個(gè)循環(huán)共計(jì)75 刀后，共計(jì)破頂5 m。期間，工作面采高保持在3.5 m，至工作面回采至切眼向外1390 m 處，順利通過(guò)斷層。仰斜破頂過(guò)斷層示意圖如圖4。

圖4 工作面仰斜破頂過(guò)斷層

2.2.3 推進(jìn)方式優(yōu)化

8105 工作面內(nèi)揭露的斷層上盤(pán)巖性為細(xì)砂巖，特征呈白色，下盤(pán)巖性為砂質(zhì)泥巖，特征呈深灰色。斷層上盤(pán)細(xì)砂巖厚度在108 架至132 架之間范圍較厚，均厚2 m，其余都在0.6 m 以下。斷層下盤(pán)為砂質(zhì)泥巖，巖性較為松軟，易切割。為使巖石粒度降低，采煤機(jī)開(kāi)動(dòng)率提升，將原雙向采煤方式調(diào)整為單向采煤，同時(shí)減小割煤深度并隨機(jī)帶壓移架，采煤機(jī)上行割頂煤，下行清浮煤，采煤機(jī)平均每日更換截齒率僅為10%，較之通過(guò)放炮破巖時(shí)的成本大幅降低，而且還保證了工作面回采時(shí)的效率及安全。

2.3 巖層預(yù)裂技術(shù)

工作面在推進(jìn)過(guò)程中，當(dāng)揭露的白色細(xì)砂巖厚度超過(guò)1.4 m 時(shí)，可采用巖層預(yù)裂技術(shù)對(duì)揭露巖層進(jìn)行預(yù)破碎。由于新村煤業(yè)在此之前沒(méi)有應(yīng)用巖層預(yù)裂技術(shù)的先例，因此沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)可供參考。為了保證巖層預(yù)裂技術(shù)能夠達(dá)到預(yù)想效果，綜合考慮巖層特性、綜采設(shè)備性能及采煤工藝，制定兩套巖層預(yù)裂方案。當(dāng)對(duì)細(xì)砂巖進(jìn)行巖層預(yù)裂時(shí)，設(shè)計(jì)預(yù)裂孔徑為42 mm，孔深為2.4 m；對(duì)砂質(zhì)泥巖進(jìn)行巖層預(yù)裂時(shí)，設(shè)計(jì)預(yù)裂孔徑為42 mm，孔深為1.6 m。巖層預(yù)裂方案如下：

（1）當(dāng)揭露的細(xì)砂巖厚度為0.6～0.8 m 時(shí)，在揭露巖層上打設(shè)一排預(yù)裂鉆孔，0.5 m 孔距，單排布置；揭露的細(xì)砂巖巖層厚度為0.9～1.4 m 時(shí)，在揭露巖層上打設(shè)兩排預(yù)裂鉆孔，0.5 m 孔距，品字形布置；揭露的細(xì)砂巖巖層厚度為1.5～2.6 m 時(shí)，在揭露巖層上打設(shè)三排預(yù)裂鉆孔，頂?shù)装? m 孔距，五花型布置。頂板下預(yù)裂孔鉆以20°仰角打設(shè)，中間預(yù)裂孔垂直巖層打設(shè)，底板上預(yù)裂孔以10°俯角打設(shè)。砂質(zhì)泥巖揭露部分打設(shè)單排預(yù)裂孔，0.8 m孔距布置。

（2）方案2 預(yù)裂孔布置方式與方案1 相同，在方案1 的基礎(chǔ)上，適當(dāng)調(diào)整預(yù)裂孔孔距。當(dāng)揭露的細(xì)砂巖巖層厚度為0.6～0.8 m 時(shí)，預(yù)裂孔間距調(diào)整為0.3 m；揭露的細(xì)砂巖巖層厚度為0.9～1.4 m 時(shí)，預(yù)裂孔間距調(diào)整為0.35 m；揭露的細(xì)砂巖巖層厚度為1.5～2.6 m 時(shí)，頂?shù)装蹇拙嗾{(diào)整為0.7 m，并根據(jù)巖層的完整情況適當(dāng)縮預(yù)裂孔距。當(dāng)巖層完整性較好時(shí)，孔距減小至0.6 m，同時(shí)增加100 mm 底孔與底板之間的間距，減少15 mm 頂孔與頂板之間的間距。巖層預(yù)裂孔布置如圖5。

圖5 巖層預(yù)裂孔布置圖

8105 工作面在過(guò)斷層期間，均對(duì)以上兩種巖層預(yù)裂方案進(jìn)行了應(yīng)用試驗(yàn)，通過(guò)在工作面中的應(yīng)用實(shí)踐可知，方案2 的實(shí)用效果更好，巖石破碎程度比方案1 高74.5%，采煤機(jī)日均截齒更換率比方案1 低40%，能夠有效提高工作面回采速度，降低材料投入，方案2 的巖層預(yù)裂效果更為顯著。

3 應(yīng)用效果

對(duì)巷道變形觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，工作面超前支承壓力影響范圍在34 m 以內(nèi)，受影響較大區(qū)域在9～21 m 范圍。在工作面過(guò)斷層期間，2105 巷道頂?shù)装遄冃瘟考s385～570 mm，兩側(cè)巷幫變形量最大為110 mm。5105 巷在經(jīng)過(guò)支護(hù)強(qiáng)化之后，頂板無(wú)明顯破碎變形，底板變形量約為820 mm，兩側(cè)巷幫變形量最大為280 mm。

綜采工作面過(guò)斷層技術(shù)的應(yīng)用，保證了8105工作面在過(guò)斷層期間的回采安全，增加了工作面177 m 的回采距離，除去洗耗率，增加精煤回采量11 萬(wàn)余噸，再減去材料使用以及人工費(fèi)用，可直接為礦井創(chuàng)造3000 多萬(wàn)元的經(jīng)濟(jì)效益。