綜采工作面過斷層回采工藝及支護(hù)技術(shù)

楊堃垚

（潞安化工集團(tuán)溫莊煤業(yè)有限公司，山西 長治 046300）

斷層侵入工作面煤體后破壞了煤體結(jié)構(gòu)，造成斷層區(qū)巖體增加、煤體破裂，增加了工作面破巖量以及回采難度。傳統(tǒng)工作面過斷層方法主要包括強(qiáng)行破巖法（機(jī)械破巖、爆破破巖）、鑿巷法、新開切巷法等。但是在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)過斷層回采工藝存在很多問題，強(qiáng)行破巖時(shí)設(shè)備故障率高、破巖量大等；鑿巷法適用于端頭斷層，工作面揭露斷層采用該方法時(shí)巷道掘進(jìn)工程量大、通風(fēng)困難；新開切巷法適用于過大斷層，不適用中小斷層。當(dāng)工作面揭露斷層后，采取合理回采工藝對工作面加快回采速度、減少破巖量、增加煤柱回采率具有重要意義。

1 概況

潞安化工集團(tuán)溫莊煤業(yè)有限公司15202 工作面東為15201 工作面（已回采），西為采空區(qū)，南為二采區(qū)膠帶上山，北為井田邊界。15202 工作面回采煤層為15#煤層，厚度3.08～4.91 m，平均4.45 m，煤層中含有1 層夾石，巖性為灰黑色砂質(zhì)泥巖。煤層頂板大部分為泥巖或砂巖，底板為泥巖或粉砂巖。根據(jù)15202 工作面鉆孔ZK156，煤層厚度為4.83 m，煤層頂?shù)装鍘r性見表1。

表1 15202 進(jìn)風(fēng)順槽掘進(jìn)的15#煤層頂?shù)装鍘r性表

15202 工作面地質(zhì)構(gòu)造單一，主要以中小斷層為主，工作面回采期間預(yù)計(jì)揭露8 條斷層，斷層平均落差為1.5 m。工作面在前480 m 回采過程中已揭露5 條斷層（逆斷層2 條、正斷層3 條），斷層最大落差為1.2 m。工作面前期采用前行破巖法過斷層回采工藝。

2 俯斜回采施工方案

工作面回采至475 m，在67#～84#支架前方揭露F11 正斷層，斷層落差為2.1 m，傾角為54°。斷層區(qū)巖體分兩部分，上半部分以致密的細(xì)砂巖為主，巖體呈褐色，巖體厚度為1.5 m，平均單軸抗壓強(qiáng)度達(dá)54 MPa；下部分巖體以砂質(zhì)泥巖、碳質(zhì)泥巖為主。該斷層對工作面走向影響長度為57 m。

2.1 施工方案對比分析

為了加快工作面過斷層區(qū)速度，減少采煤機(jī)破巖量，降低采煤機(jī)故障率，提出了兩種回采方案[1-5]，并進(jìn)行分析對比：

（1）方案一強(qiáng)行破巖法：不調(diào)整工作面回采角度，采用采煤機(jī)直接破除斷層區(qū)巖體，直至工作面過斷層。采用該方法優(yōu)點(diǎn)是工作面俯角小，有利于支架、刮板輸送機(jī)等設(shè)備推移；缺點(diǎn)是破巖量大，破巖期間設(shè)備損壞率高，而且斷層區(qū)煤體回采率低，采空區(qū)內(nèi)遺煤量大。

（2）方案二俯斜回采法：工作面回采至斷層區(qū)時(shí)以設(shè)計(jì)坡度下山回采，揭露斷層上盤煤體后繼續(xù)以近水平角度回采。該方法優(yōu)點(diǎn)是減少斷層區(qū)破巖量，提高斷層區(qū)煤柱回采率，降低設(shè)備故障率；主要缺點(diǎn)是在斷層區(qū)回采坡度在10°～20°范圍內(nèi)，回采坡度對移架影響大，且頂板需采取加固措施。

綜上對比分析，決定在15202 工作面采取俯斜回采工藝。

2.2 回采工藝

（1）由于工作面揭露的斷層巖體為混合巖層，上部巖體硬度高，不利于采煤機(jī)截割，下部巖體硬度相對較低，可采用采煤機(jī)適當(dāng)破巖，所以工作面在進(jìn)行俯斜回采時(shí)，對斷層區(qū)下部巖體進(jìn)行松動(dòng)爆破預(yù)裂。

（2）首先調(diào)整工作面?zhèn)涡?，并將斷層區(qū)附近煤巖體清理干凈，工作面從機(jī)頭斜切進(jìn)刀，當(dāng)工作面回采至60#支架處時(shí)，采煤機(jī)以12°俯角下山回采，俯斜俯采時(shí)留斷層下盤頂煤，如圖1。

圖1 15202 斷層區(qū)俯斜回采剖面示意圖

（3）采煤機(jī)俯斜回采至斷層巖體區(qū)時(shí)，對底部巖體采用機(jī)械破巖，當(dāng)工作面俯斜回采至84#支架時(shí)工作面揭露斷層上盤煤體底板，此時(shí)調(diào)整采煤機(jī)俯斜角，以近水平回采。以此類推，直至工作面完全過斷層。

3 俯斜段回采安全措施

由于15202 工作面回采的15#煤層在斷層影響下，破壞了煤體連續(xù)承載結(jié)構(gòu)，煤體內(nèi)部裂隙發(fā)育，在斷層區(qū)附近俯斜回采留頂煤時(shí)很容易出現(xiàn)冒漏事故，所以決定對預(yù)留頂煤區(qū)采取超前管棚、錨索棚支護(hù)，如圖2。

圖2 15202 工作面斷層俯斜段支護(hù)示意圖

3.1 超前管棚支護(hù)

（1）超前管棚支護(hù)施工在俯斜段頂板上，超前管棚支護(hù)體采用L3.5 m、Ф30 mm 的玻璃鋼，支護(hù)體主要由桿體、自鎖件、托板等部分組成，自鎖件安裝在桿體端頭，通過自鎖件可將桿體緊緊固鎖在鉆孔內(nèi)。

（2）當(dāng)工作面俯斜回采后，及時(shí)將俯斜段支架超前移架支護(hù)，然后利用手持鉆機(jī)在俯斜段頂板上施工超前支護(hù)孔，鉆孔垂直于煤壁布置，孔距為1.0 m，深度為3.0 m。

（3）在回采過程中，隨著工作面推進(jìn)，超前管棚支護(hù)體逐漸被揭露。當(dāng)揭露管體長度達(dá)1.0 m后，及時(shí)在其下方鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)并采用托盤進(jìn)行固定；當(dāng)揭露管體長度達(dá)2.5 m 時(shí)，及時(shí)施工第二排管棚支護(hù)。

3.2 邁步式錨桿棚支護(hù)

（1）當(dāng)工作面回采期間煤壁片幫造成端面距加大，需對頂板施工錨索棚進(jìn)行支護(hù)。錨索棚采用邁步式布置方式；錨索棚主要由玻璃鋼梯形梁和玻璃鋼加長錨桿組成；梯形梁長3.5 m，寬0.4 m，每架梯形梁采用3 根長度為3.0 m、直徑為25 mm 玻璃鋼錨桿進(jìn)行固定。

（2）梯形梁棚支護(hù)在60#～84#支架前方，每兩架支架支設(shè)一架錨索梁棚，布置間距為1.75 m（一個(gè)支架寬度），每排支設(shè)8 架，相鄰兩排梯形棚布置排距為1.5 m，且相互交錯(cuò)邁步式布置。

4 結(jié)語

15202 工作面過F11 斷層期間通過合理優(yōu)化回采工藝，采取聯(lián)合支護(hù)技術(shù)后，取得了顯著成效：

（1）與傳統(tǒng)回采方案相比，俯斜回采法解決了工作面斷層期間破巖量大、遺煤量大以及設(shè)備故障率高等技術(shù)難題。15202 工作面采取俯斜回采法過F11 斷層，減少破巖量1123 m3，提高煤柱回采量0.75 萬t。

（2）對俯斜段頂板采取聯(lián)合支護(hù)技術(shù)后，防止了俯斜段預(yù)留頂煤時(shí)出現(xiàn)破碎冒漏現(xiàn)象，提高了俯斜段頂板平整性，確保支架在俯斜段具有足夠的工作阻力。