工作面過(guò)斷層回采工藝及支護(hù)技術(shù)優(yōu)化

孫 陽(yáng)

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)挖金灣煤業(yè)公司，山西 大同 037031）

1 概述

晉能控股煤業(yè)集團(tuán)挖金灣煤業(yè)公司8107 工作面位于井田一盤(pán)區(qū)，東部與8105工作面采空區(qū)相鄰，南部與盤(pán)區(qū)北回風(fēng)巷、主運(yùn)輸巷、輔助運(yùn)輸巷相接，西部尚未開(kāi)拓，北部與張家墳村保護(hù)煤柱相鄰，對(duì)應(yīng)上覆為侏羅系14#煤層古窯采空區(qū)。

8107 工作面可采長(zhǎng)度1754 m，切眼長(zhǎng)度200 m，回采煤層為山4#層，煤層平均厚度3.52 m，含三至四層夾石（0.08～0.30 m），煤厚變化穩(wěn)定。煤層頂?shù)装鍘r性見(jiàn)表1。

表1 8107 工作面回采的4#層頂?shù)装鍘r性表

8107 工作面地質(zhì)條件簡(jiǎn)單，主要以中小斷層為主，工作面回采期間共計(jì)揭露F1、FS3、FS7、F133、F134等5 條斷層。其中，F(xiàn)1、FS3、FS7、F134等4 條斷層落差在1.0 m 以下，對(duì)工作面回采影響不大；F133斷層落差為1.8 m，傾角為54°，斷層從8107回風(fēng)順槽670 m 里程牌前方7.0 m 處侵入工作面，斷層在運(yùn)輸順槽670 m 里程牌前方48 m 處貫穿揭露，對(duì)工作面回采影響長(zhǎng)度為64 m，斷層下盤(pán)為上升盤(pán)，揭露斷層后工作面底板往上1.5～1.9 m 范圍內(nèi)為砂質(zhì)泥巖，局部存在粗砂巖，巖體硬度高，對(duì)工作面回采影響大。

2 過(guò)斷層回采工藝優(yōu)化

采用傳統(tǒng)強(qiáng)行破巖法過(guò)F133 斷層時(shí)存在兩方面問(wèn)題：一是機(jī)械破巖量大，斷層下盤(pán)煤體損失大，回采后采空區(qū)存在大量遺煤；二是斷層與工作面斜交，直接過(guò)斷層時(shí)無(wú)法一次性揭露斷層，斷層從尾向頭逐漸揭露，揭露斷層時(shí)圍巖穩(wěn)定性差，特別是端頭煤柱破壞嚴(yán)重，極易垮落。經(jīng)研究，決定采取“旋轉(zhuǎn)調(diào)斜+抬底破頂”聯(lián)合回采工藝[1-5]。

2.1 旋轉(zhuǎn)調(diào)斜

旋轉(zhuǎn)調(diào)斜的目的是揭露斷層前使工作面人工形成偽斜，偽斜角度與斷層斜角一致，確保工作面一次性全部揭露斷層，為后期抬底留巖回采做準(zhǔn)備。

1）F133 斷層侵入工作面后與工作面布置夾角為11°，頭順槽與尾順槽斷層揭露位置水平錯(cuò)距為41 m。為了保證工作面調(diào)斜后與斷層平行，以工作面尾端為中心，對(duì)工作面進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)后頭部旋轉(zhuǎn)距離為41 m。

2）8107 工作面采用型號(hào)為SGZ-1000/2×855刮板輸送機(jī)，輸送機(jī)一次性最大彎曲角度為3°；采用MG800/2000-WD 型采煤機(jī)割煤，一次性最大割煤深度為0.8 m。采煤機(jī)割煤后，刮板輸送機(jī)在允許彎曲角度下，旋轉(zhuǎn)刮板輸送機(jī)最大長(zhǎng)度S=L/sinβ（L為采煤機(jī)截割深度，0.8 m；β為刮板輸送機(jī)最大彎曲角度，取2°），S=0.8/sin2°=22.9 m；工作面長(zhǎng)度為204 m，計(jì)算旋轉(zhuǎn)等分點(diǎn)個(gè)數(shù)N=204/22.9=8.9 ≈9 個(gè)；工作面單架寬度為1.75 m，旋轉(zhuǎn)點(diǎn)位置支架編號(hào)為12#、25#、38#、51#、64#、77#、90#、103#、116#，旋轉(zhuǎn)點(diǎn)支架編號(hào)為116#（共計(jì)116 個(gè)支架）。

3）8107 工作面回采至670 m 處（距斷層7.0 m）開(kāi)始進(jìn)行旋轉(zhuǎn)回采。首先將采煤機(jī)移至12#支架前方向端頭斜切割煤，割煤完成后空到范圍至25#支架前方，然后對(duì)1#～12#支架前方刮板輸送機(jī)進(jìn)行推移，第一個(gè)短刀割煤完成。

4）第二短刀從25#支架向1#支架斜切割煤，割煤后采煤機(jī)空刀返回至38#支架，此時(shí)對(duì)1#～25#支架前方刮板輸送機(jī)進(jìn)行推移。第二短刀完成后依次進(jìn)行第三、第四、第五、第六、第七、第八短刀割煤，割煤工序相同。

5）第八短刀割煤完成后，采煤機(jī)移至116#支架前方，推移1#～113#支架前方刮板輸送機(jī)，然后從116#支架開(kāi)始斜切進(jìn)刀向1#支架方向割煤。割煤完成后，采煤機(jī)范圍116#支架推移整個(gè)工作面刮板輸送機(jī)，第九通刀割煤完成。此時(shí)完成一個(gè)旋轉(zhuǎn)回采循環(huán)，一個(gè)旋轉(zhuǎn)回采機(jī)頭推移7.2 m，共計(jì)需完成6 個(gè)旋轉(zhuǎn)循環(huán)，如圖1。

圖1 工作面旋轉(zhuǎn)回采單循環(huán)割煤方式圖（m）

2.2 抬底破頂回采

1）旋轉(zhuǎn)回采后工作面與斷層平行，與斷層間距為7.0 m。此時(shí)工作面循環(huán)回采作業(yè)，采煤機(jī)單刀割煤深度為0.7 m，割煤10 刀后整個(gè)工作面完全揭露F133 斷層。

2）工作面揭露斷層后，調(diào)整采煤機(jī)6°上山角抬底破頂，回采期間留底巖破頂煤，采煤機(jī)截割深度控制在0.5 m。在抬底破頂回采時(shí)采用分段移架方式，即采煤機(jī)每割煤50 m 后及時(shí)超前移架。

3）斷層揭露粗砂巖時(shí)可采用松動(dòng)爆破輔助回采，減小采煤機(jī)破巖難度。當(dāng)工作面抬底破頂回采18 m 后且完全揭露斷層下盤(pán)煤體時(shí)，再次調(diào)整采煤回采角度，沿下盤(pán)煤體底板回采。

3 斷層區(qū)圍巖支護(hù)技術(shù)

3.1 端頭三角煤柱支護(hù)

3.1.1 注漿加固

1）在運(yùn)輸、回風(fēng)順槽煤壁側(cè)巷幫布置注漿鉆孔，每側(cè)布置兩排鉆孔，鉆孔深度為5.0 m，直徑為45 mm。第一排鉆孔布置在距頂板0.8 m 處，鉆孔以20°仰角布置；第二排注漿孔與頂板間距為1.8 m，垂直煤壁布置。兩排鉆孔交錯(cuò)布置，如圖2。

圖2 8107 工作面過(guò)斷層區(qū)支護(hù)平、剖面示意圖（mm）

2）鉆孔布置間距為4.0 m，順槽每側(cè)布置30個(gè)鉆孔。工作面在揭露斷層前提前注漿施工，注漿材料采用水泥砂漿、水玻璃、速凝劑混合漿液，水泥、水玻璃配比為1:1，速凝劑添加量為水泥的2%～5%。

3）鉆孔施工后對(duì)鉆孔內(nèi)安裝注漿管并采用膨脹水泥進(jìn)行孔口封堵，注漿管連接注漿泵進(jìn)行注漿施工，注漿壓力控制在4.5～6.0 MPa 范圍內(nèi)。

3.1.2 可伸縮架棚支護(hù)

1）為了防止工作面順槽頂板受動(dòng)壓影響出現(xiàn)頂板垮落、破碎，對(duì)頭尾順槽超前60 m 范圍架設(shè)可伸縮鋼棚支護(hù)，鋼棚架設(shè)間距為1.0 m，鋼棚采用U29 鋼焊制而成。

2）運(yùn)輸順槽考慮不影響轉(zhuǎn)載、破碎機(jī)前移，采用“兩腿一梁”支護(hù)方式。回風(fēng)順槽受應(yīng)力影響大，采用“三腿一梁”支護(hù)方式，鋼棚中部支設(shè)一根液壓?jiǎn)误w柱。

3.2 留頂煤支護(hù)

3.2.1 超前管棚支護(hù)

1）當(dāng)工作面抬底破頂回采12 m 后頂煤厚度在0.8 m 左右時(shí)，對(duì)頂板施工一排超前管棚支護(hù)，支護(hù)孔深度為6.0 m，直徑為32 mm。鉆孔施工在工作面頂板往下0.2 m 處，布置仰角為6°，每架支架頂梁前方布置一組孔（2 個(gè)），孔距為1.0 m。

2）管棚支護(hù)采用直徑為30 mm 圓鋼焊制而成，圓鋼一端通過(guò)拉絲處理，形成螺紋端頭，相鄰兩根圓鋼通過(guò)絲扣連接，每節(jié)長(zhǎng)度為3.0 m，位于孔底端圓鋼端頭設(shè)置為削尖狀。超前管棚施工完后工作面支架頂梁與管棚體接觸嚴(yán)實(shí)帶壓擦頂移架。

3.2.2 雙鋼筋托梁棚支護(hù)

1）工作面在揭露斷層下盤(pán)前后頂煤破碎嚴(yán)重，煤壁出現(xiàn)片幫現(xiàn)象，造成局部端面距超限。當(dāng)端面距大于1.0 m 時(shí)對(duì)其頂板施工雙鋼筋托梁棚支護(hù)。

2）雙鋼筋托梁棚支護(hù)主要由雙筋梁、玻璃鋼錨桿等部分組成。雙筋梁采用4 根直徑為16 mm 的Q235 圓鋼與W 型鋼帶焊制而成，每根圓鋼長(zhǎng)度為3.5 m，3 根圓鋼先焊制成梯形架，梯形架寬度為0.2 m，梯形架與W 型鋼帶焊接為一體；在W 型鋼帶兩端各焊制一個(gè)直徑為40 mm 圓孔。玻璃鋼錨桿長(zhǎng)度為2.0 m，直徑為30 mm，端頭采用碟形玻璃鋼托盤(pán)預(yù)緊。

3）雙鋼筋托梁棚與支架頂梁平行布置，布置間距為1.75 m，布置排距為1.2 m。在支護(hù)過(guò)程中為了防止移架造成錨桿拉斷現(xiàn)象，鋼棚錨桿施工在兩個(gè)支架間隙處。

4 結(jié)語(yǔ)

1）對(duì)工作面旋轉(zhuǎn)調(diào)斜回采，使工作面與斷層面平行，避免斜交揭露斷層時(shí)圍巖控制難度大、破碎嚴(yán)重等難題，為后期抬底破頂回采奠定了基礎(chǔ)。

2）與傳統(tǒng)強(qiáng)行破巖法相比，工作面采用抬底破頂回采工藝減少了采煤機(jī)破巖量1420 m3，降低了采煤機(jī)破巖期間故障率，采煤機(jī)故障率可降低至4%，維修費(fèi)用可減少40 余萬(wàn)元，提高了斷層區(qū)煤柱回采率，減少了采空區(qū)遺煤量，便于采空區(qū)安全管理。

3）對(duì)工作面抬底破頂回采末期頂板采取聯(lián)合支護(hù)技術(shù)后，后期回采過(guò)程中頂煤未出現(xiàn)垮落現(xiàn)象，端面距控制在0.4 m 以下，未出現(xiàn)大面積片幫以及三角煤柱垮落。