綜采工作面安全高效過斷層回采工藝研究

張家磊

（潞安化工集團漳村煤礦， 山西 長治 046000）

1 8318 工作面概況

潞安化工集團某礦的8318 工作面位于井田的西側，該工作面的東、南、西、北分別是14-3 號層的303盤區(qū)西邊的機軌與回風巷的合巷、西側的石門、14-3號實煤區(qū)、14-3 號實煤區(qū)。在8318 工作面中，其設計的傾向與走向長分別是150 m、495 m。14-3 號層是其回采層，該煤層的厚度與傾角的平均值是4.01 m、2°，并且煤層結構復雜，其煤體的變異系數是38.43%。表1 為8318 工作面頂底板巖層情況表。

表1 8318 工作面頂底板巖層情況

在8318 工作面一直回采到240 m 的位置時，F5正斷層就會被煤壁揭露出來，并且煤壁所在的位置是56 號支架最前方，并且斷層會有2.4 m 的落差，其傾角是60°，工作面回采會被斷層影響54 m。

2 優(yōu)化過斷層的回采工藝

1）在8318 工作面把F5 斷層揭露之后，通過在現場的觀察得知，F5 斷層的揭露會自56 號支架一直延伸至頭部，而且會有運輸順槽把工作面進行了貫穿，并且運輸順槽距離工作面有54 m，而且斷層和工作面所成的夾角是48°，斷層的下盤位于56 號支架與頭部同向，并且底巖會被斷層上盤所揭露出來，揭露的厚度最大是2.4 m，圖1 為其剖面示意圖。

圖1 8318 工作面過斷層仰斜回采剖面示意圖

2）由于要確保工作面過斷層的速度與安全性，使采煤機在過斷層時發(fā)生故障概率下降，使煤柱產生的損失量下降，所以仰斜回采工藝被應用。在工作面中，其斜切著自頭部進刀，當采煤機在割煤到56 號支架過程中，就要對采煤機的角度進行調整，在回采時，所前進的仰角是10°，當采煤機在進到斷層上盤之后，就要回采破底巖與頂煤。

3）因為工作面F5 斷層被揭露，就會有落差產生，其落差是2.4 m，當其上盤煤層有上飄狀況出現時，過斷層的上盤進行仰斜回采，所需要的就是破底巖。在巖體中，最主要的就是白砂巖，其平均厚度是2.23 m，并且?guī)r體所承受的單軸抗壓強度最大是55 MPa，此時，采煤機截齒所具有的切割強度小于巖體強度，如果巖體被采煤機所破，那么截齒就會有比較嚴重的磨損，其截割機就會有比較大的負荷，極易導致截割部發(fā)生損壞，因此，采用“采煤機破巖+松動爆破”聯合回采工藝[1]。

4）當工作面回采到56 號支架的位置時，采煤機停止割煤，把松動爆破孔施工到上盤的底巖。在上盤底巖中，爆破孔的施工一共是2 排，其孔深、直徑、排距及間距分別是1.0 m、42 mm、42 mm 及1.5 m。

5）在施工結束松動爆破孔之后，按順序把礦用乳化炸藥與毫秒延期電雷管填裝到孔中。而且單孔所裝的藥量是300 g，在對封孔口時，會使用炮泥與水炮泥，雷管腳線串聯在炮孔中，炮孔1 次可以爆破5 個。在把工作面中全部炮孔都爆破之后，下滾筒對底巖進行打掃與上滾筒對頂煤進行割煤被采煤機用于回采，并按順序類推，一直到工作面從過斷層中全部通過。

3 仰斜回采期間對頂板的控制

3.1 仰斜回采期間所發(fā)生的技術難題

在工作面對過斷層上盤進行仰斜回采時，會需要留頂煤，其厚度是0～2.4 m，可是在該工作面中，14-3號層是其回采煤層，在煤層中，有多層的巖石夾雜在其中，破壞了煤體力學結構。在對工作面進行仰斜回采的過程中，頂煤幾乎不具有穩(wěn)定性，極易有冒落狀況出現，這樣會影響工作面回采的安全性。

當仰斜回采時，分段移架被用于工作面中，而且，要控制采煤機所切割的深度，其深度要小于0.5 m，這就造成工作面在回采之后移出支架就會有滯后狀況出現在部分區(qū)域中，就造成有較長時間的空頂出現在仰斜段的頂板中，極易導致冒落、破碎出現在頂板中。

在8318 工作面中，對頂板進行支護的是液壓支架，在支護時，頂板會承受來自液壓支架頂梁所帶來的支撐力，就會使頂煤發(fā)生破碎，當支架在支撐時，頂板由于支架頂梁的多次作用，就會使頂板更加破碎[2]。

3.2 仰斜段頂板聯合控制技術的基本原理

為了避免仰斜回采時有破碎出現在頂板，以及有跨落出現在頂板中，將聯合控制技術使用到仰斜段頂板中，并且聯合控制技術為“邁步式的錨索吊棚+深孔超前注漿”。

3.2.1 深孔超前注漿施工

1）注漿深孔施工技術應用到仰斜段的頂板中，并且注漿深孔是一排，當支架54～65 號之間的煤壁中進行鉆孔施工時。頂板與鉆孔的間距是1.0 m，并且鉆孔的深度、直徑分別是8.0 m、45 mm，所布置的鉆孔的距離是3.0 m，所布置的仰角是30°。

2）在結束注漿鉆孔之后，就把注漿花管埋到鉆孔中，而且封孔器會把孔口封堵，專用注液槍與快速接頭會把注漿花管連接起來，圖2 為聯合支護平面示意圖。

圖2 8318 工作面過斷層頂板聯合支護平面示意圖（單位：mm）

3）ZBQ27/1.5 型雙液注漿泵被用于注漿施工，注漿材料中的聯邦加固1 號被注漿液所使用，并且注漿液與水灰的比是0.8：1.0。并且注漿液所具有的優(yōu)點是較快的凝固速度、較強的滲透能力、較高的結石率。在注漿施工的過程中，其注漿壓力要控制在3～4.5 MPa。

3.2.2 邁步式錨索吊棚

1）在工作面仰斜段對錨索吊棚的施工主要包括錨索、錨索工字鋼梁，其中錨索鋼梁的寬度與長度分別是0.12 m 與3.5 m。由于要防止頂板所承受工字鋼梁所帶來的切頂破壞，把鋼板焊接到頂板和工字鋼梁的接觸面，并且鋼板的厚度是5 mm。吊棚與錨索的比例是1：2，其錨索的直徑與長度分別是21.8 mm、5.3 m。

2）在布置錨索吊棚時，其方向要和工作面的傾向相同，在相鄰支架中間施工著錨索與錨索吊棚，并且錨索的數量是2 根，支架54～65 號前面的頂板頂部施工著錨索吊棚，在對錨索吊棚進行施工時，其排距與間距分別是1.0 m、1.5 m。由于要確保相鄰錨索吊棚所具有的聯控作用，就布置邁步式到錨索吊棚中，并且是在前排與后排[3]。

4 結論

1）截至 2021 年 11 月份，8318 工作面對 F5 斷層所產生影響的范圍已回采，經過優(yōu)化其過斷層工藝，工作面中采煤機所產生的破巖量以及采煤機過斷層所發(fā)生故障率下降，截割部不會發(fā)生斷軸、燒毀電機等事故，在過斷層時，回采速度保持在6.5 m/d。

2）仰斜段頂板采取聯合控制技術用于工作面的過斷層，解決了由于頂煤穩(wěn)定性極差，導致仰斜回采過程中有破碎、跨落出現在頂煤、缺少工作阻力及支架初撐力等問題，使頂煤更加穩(wěn)定，確保工作面回采的安全性。