綜采工作面快速過斷層施工工藝探析

姚錦飛

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)華陽煤礦， 山西 晉城 048000）

1 15102 工作面概述

晉能控股煤業(yè)集團(tuán)華陽煤礦15102 工作面位于井田一采區(qū)，工作面呈南北走向布置[1]，工作面北部為15102 切巷，南部為15 號(hào)煤軌道大巷，西側(cè)距離15101 采煤工作面170 m，東側(cè)為原常莊煤礦老巷舊巷。

15102 工作面設(shè)計(jì)走向長度為1 300 m，傾向長度為200 m，工作面回采煤層為15 號(hào)煤層，煤層走向NE，傾向NW，傾角0°～7°，呈南高北低、西低東高趨勢(shì)，煤層厚度2.25～3.25 m，平均2.78 m，15102 運(yùn)輸順槽沿15 號(hào)煤層頂板破底掘進(jìn)[2-3]。頂板為K2 灰?guī)r，底板為粉砂巖、泥巖、鋁土泥巖，具體巖性及特征如表1 所示。

表1 15 號(hào)煤層頂、底板巖性及特征表

15102 工作面采用綜合機(jī)械化回采工藝，截至目前工作面已回采615 m，工作面在回采至605 m 處時(shí)，位于4 號(hào)—45 號(hào)支架前方揭露一條F2 斷層，落差為1.5 m，傾角為42°，斷層侵入后造成工作面底板巖層上移，工作面揭露的巖體平均厚度為1.47 m，主要為粉砂巖。

2 松動(dòng)爆破回采工藝

2.1 施工目的

15102 工作面揭露的斷層巖體主要為粉砂巖，巖體為乳白色，巖體厚度為1.47 m。該巖體致密性強(qiáng)，巖體硬度高，且單軸抗壓強(qiáng)度為45 MPa，采用傳統(tǒng)掘進(jìn)機(jī)破巖時(shí)，對(duì)截割部損壞嚴(yán)重。通過對(duì)工作面前期回采觀察發(fā)現(xiàn)，采用采煤機(jī)破巖時(shí)，共計(jì)損壞截齒42個(gè)，燒毀截割電機(jī)1 臺(tái)，造成設(shè)備維修費(fèi)用達(dá)47.8 萬元；同時(shí)，采用掘進(jìn)機(jī)破巖回采時(shí)，工作面回采效率低，工作面前期過斷層時(shí)平均回采量不足2.8 m/d，因此，針對(duì)存在的問題通過技術(shù)研究決定采用松動(dòng)爆破法過F2 斷層。

2.2 施工工藝

工作面回采至615 m 處時(shí)調(diào)整工作面?zhèn)涡?，保證工作面煤壁平直，并將工作面液壓支架前移至工作面，打開護(hù)幫板，利用采煤機(jī)將工作面的浮煤清理干凈，并將該采煤機(jī)退至機(jī)頭處[4]。

工作面?zhèn)涡闭{(diào)整完成后，采用手持式鉆機(jī)在4號(hào)—45 號(hào)支架前方巖體施工松動(dòng)爆破孔，共計(jì)施工2排爆破孔，鉆孔垂直煤壁布置，鉆孔深度為1.0 m，直徑為40 mm，鉆孔間距為3.0 m，排距為0.8 m，第一排爆破孔布置在距巖體與煤體交界面0.5 m 處，相鄰兩排爆破孔呈邁步式布置。

松動(dòng)爆破孔施工完后，對(duì)孔內(nèi)填裝1 支礦用乳化炸藥和1 支毫秒延期電雷管，雷管腳線連接時(shí)，上下炮孔采用邁步式串聯(lián)連接方式，每次允許爆破炮孔數(shù)量為5 個(gè)。

爆破孔內(nèi)雷管及炸藥填裝完成后，對(duì)炮孔采用水炮泥進(jìn)行封孔處理，每個(gè)鉆孔水炮泥封孔深度不低于0.5 m。

第一組鉆孔爆破完成后，工作面采煤機(jī)繼續(xù)進(jìn)行割煤，采煤機(jī)割煤至4 號(hào)—45 號(hào)支架之間的前方煤壁時(shí)，采用上滾筒割頂煤、下滾筒掃底巖的割煤方式，當(dāng)工作面推進(jìn)一刀后，進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)爆破施工，直至工作面完全過斷層破碎帶。

3 過斷層期間圍巖控制技術(shù)

為了保證工作面爆破施工安全以及提高斷層處頂板圍巖穩(wěn)定性，防止端面破碎以及煤壁片幫現(xiàn)象，決定采取“超前管棚+邁步式錨索梁棚”聯(lián)合支護(hù)技術(shù)[5]（見圖1）。

圖1 15102 工作面端面破碎頂板聯(lián)合支護(hù)平面示意圖（mm）

3.1 超前管棚支護(hù)

3.1.1 支護(hù)作用

超前管棚支護(hù)主要是將若干根超前管棚支護(hù)體施工于采掘工作面指定頂板位置，當(dāng)工作面來壓時(shí)，使壓力作用在超前支護(hù)體上，支護(hù)體外露端作為支撐點(diǎn)，使巖體內(nèi)超前支護(hù)體形成穩(wěn)定的支護(hù)梁結(jié)構(gòu)，從而對(duì)巖體進(jìn)行超前支護(hù)作用，防止圍巖在應(yīng)力作用下出現(xiàn)超前破碎現(xiàn)象。

3.1.2 超前支護(hù)結(jié)構(gòu)

15102 工作面采用的超前支護(hù)主要由鋼針、連接板、固定錨桿等部分組成，鋼針長度為3.0 m，直徑為30 mm，鋼針成中空狀；每組連接板長度為1.2 m，寬度為0.3 m，連接板兩端焊制兩個(gè)直徑為25 mm 的支護(hù)孔；固定錨桿長度為1.0 m，直徑為20 mm。

3.1.3 支護(hù)工藝

首先在4 號(hào)—45 號(hào)支架前方煤壁頂板施工一排超前支護(hù)孔，孔深為2.8 m，支護(hù)孔垂直煤壁布置，允許水平及垂直角度偏差為3°，超前支護(hù)孔布置間距為1.0 m。

超前支護(hù)施工完后，對(duì)孔內(nèi)插入超前鋼針，鋼針施工結(jié)束后，將相鄰2 根鋼針外露端采用1 根連接板以及2 根錨桿與頂板進(jìn)行固定，如圖1 所示。工作面回采時(shí)以超前管棚支護(hù)為頂板，工作面推進(jìn)2.5 m 后施工第二排超前管棚支護(hù)。

3.2 邁步式錨索梁棚支護(hù)

在工作面回采過程中，如頂板破碎不嚴(yán)重，端面空頂距在0.5 m 以下時(shí)，可及時(shí)采用液壓支架對(duì)工作面頂板進(jìn)行維護(hù)，在過斷層期間，支架采用分組超前移架方式；若端面頂板空頂距大于0.5 m 時(shí)，應(yīng)及時(shí)對(duì)端面頂板采取邁步式錨索梁棚支護(hù)。

錨索梁棚主要由槽鋼梁、錨索組成，槽鋼梁長度為3.0 m，寬度為0.14 m，錨索長度為4.5 m，施工時(shí)第一排錨索梁棚施工在支架頂梁前方0.15 m 處，錨索梁棚與工作面平行布置。

錨索梁棚布置間距為1.5 m，工作面在回采推進(jìn)1.5 m 后施工第二排錨索梁棚，兩排錨索梁棚采用邁步式布置；錨索梁棚支護(hù)完成后，移動(dòng)工作面支架時(shí)應(yīng)保證支架頂梁與錨索梁棚接觸嚴(yán)實(shí)。

4 結(jié)語

截至2020 年11 月27 日，15102 工作面已回采結(jié)束，工作面在過F2 斷層時(shí)采取松動(dòng)爆破施工后，減少的采煤機(jī)破巖量達(dá)2 422 m3，降低了采煤機(jī)故障率。后期回采過程中，采煤機(jī)共計(jì)更換截齒8 個(gè)，未出現(xiàn)電機(jī)燒毀事故，減少設(shè)備維修費(fèi)用達(dá)40 余萬元，同時(shí)采取聯(lián)合支護(hù)技術(shù)后，很好地控制了斷層處頂板破碎、煤壁片幫等現(xiàn)象，提高了斷層破碎帶頂板穩(wěn)定性，取得了顯著應(yīng)用成效。