綜采工作面通過構(gòu)造區(qū)域的管控

常 鑫

（晉煤集團(tuán)成莊礦，山西 晉城 048000）

1 工程概況

晉煤成莊礦位于山西省晉城境內(nèi)，區(qū)內(nèi)4313綜放采掘工作面位于一水平四盤區(qū)，地面標(biāo)高最高1086m，最低920m，走向長度1709.67m，傾向長度210m。工作面煤層厚度為6.10～6.40m，平均厚度6.30m。直接頂巖石成分為泥巖，厚度為2.45m，基本頂巖石成分為砂質(zhì)泥巖，厚度為9.10m。根據(jù)巷道掘進(jìn)揭露地質(zhì)構(gòu)造和鉆探結(jié)果資料顯示，工作面內(nèi)發(fā)育有12條正斷層，對(duì)回采影響程度較大。工作面掘進(jìn)期間揭露F132正斷層，斷層的走向、傾向、傾角分別為72°、162°和20°，平均斷距為1.3m。在使用傳統(tǒng)錨桿、錨索聯(lián)合支護(hù)的條件下，工作面推進(jìn)到斷層附近時(shí)，煤層破碎嚴(yán)重，頂板下沉量與幫部變形量較大，給工作面安全生產(chǎn)帶來了很大影響。

2 過斷層構(gòu)造區(qū)域的管控技術(shù)

2.1 超前撞楔注漿支護(hù)

根據(jù)4313綜放工作面斷層區(qū)域的大小，在其頂板上沿作業(yè)面垂直方向均勻布設(shè)11排鋼柱，各排鋼柱的間距為400mm，鋼柱長度選用2500mm。在工作面頂板下方1000mm處均勻布置5個(gè)鉆孔深度為4500mm的注漿鉆孔，待準(zhǔn)備工作就緒后，通過注漿泵在鉆孔內(nèi)注入一定量的低粘度馬麗散漿液，使其充分填充煤巖體的節(jié)理裂隙[1]。通過鉆孔窺視鏡對(duì)注漿情況實(shí)時(shí)觀測(cè)，待煤巖體出現(xiàn)明顯的漿脈后，即可再次進(jìn)行推進(jìn)作業(yè)，在工作面推進(jìn)過程中，需每隔3m進(jìn)行一次頂板補(bǔ)釘工作，以保證頂板結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。超前撞楔注漿支護(hù)結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。

圖1 超前撞楔注漿支護(hù)結(jié)構(gòu)示意圖

2.2 過斷層臨時(shí)加強(qiáng)支護(hù)

在4313綜放工作面巷道過斷層構(gòu)造區(qū)域內(nèi)，通過工字鋼棚進(jìn)行臨時(shí)加強(qiáng)支護(hù)，鋼棚布設(shè)結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。鋼棚布設(shè)過程如下：

（1）在過斷層構(gòu)造區(qū)域進(jìn)行起底操作，起底規(guī)格為250mm×180mm（寬度×深度），在起底完成后，對(duì)工作面進(jìn)行混凝土干料澆筑，干料配比為水泥∶粉煤灰∶沙子∶碎砂石=1:8:1.4:1.2，并在澆筑區(qū)域埋設(shè)棚腿底座[2]。

（2）通過窺視鏡對(duì)澆筑情況進(jìn)行觀測(cè)，待混凝土澆筑體徹底凝固后，在預(yù)先布設(shè)的棚腿底座上安裝棚腿，架設(shè)棚梁，通過U型卡扣裝置聯(lián)結(jié)棚腿與棚梁，并對(duì)聯(lián)結(jié)處進(jìn)行加固處理，防止棚梁的滑動(dòng)脫落，棚梁架設(shè)方向需與巷道保持垂直[3]。

（3）根據(jù)該工作面長度以及斷層區(qū)域分布狀況，設(shè)定鋼棚布設(shè)的起點(diǎn)為距F132正斷層5m處，終點(diǎn)為通過斷層5m處的位置，設(shè)置各鋼棚布設(shè)的間隔為0.5m，各鋼棚間通過連接桿相連，在完成鋼棚的布設(shè)后，要在其上方水泥背板，以增強(qiáng)棚架的穩(wěn)定性。

圖2 鋼棚布設(shè)結(jié)構(gòu)示意圖

2.3 架棚布設(shè)

在通過斷層構(gòu)造區(qū)域時(shí)，若頂板和煤壁的破碎嚴(yán)重，僅僅依靠超前撞楔注漿支護(hù)、過斷層永久支護(hù)技術(shù)維護(hù)煤巖體穩(wěn)定性還不能完全保證正常的安全生產(chǎn)，此時(shí)，還需要進(jìn)行架棚支護(hù)以保障施工安全。

棚梁的架設(shè)需在超前撞楔的掩護(hù)下進(jìn)行，具體過程如下：沿4313工作面巷道頂板12°～15°方向處布置棚梁，并將超前撞楔的鋼柱邊緣搭于棚梁，架棚支護(hù)的前探梁通過U型托鋼固定于棚梁上，通過木楔充填前探梁于棚梁之間的間隙，使其緊固，在對(duì)前探梁加固時(shí)，需使用固定裝置對(duì)前探梁進(jìn)行鎖定，防止在工作面推進(jìn)過程中由于抖動(dòng)引起架棚的滑落，影響采煤機(jī)的正常工作[4]。架棚布設(shè)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

在架棚布設(shè)過程中，為增加棚梁的抗剪強(qiáng)度，保證其固定效果，應(yīng)在棚梁處架設(shè)固定的錨桿與U29型卡纜，架設(shè)棚腿和拉桿時(shí)，要嚴(yán)格控制架棚與頂板的距離，避免空幫、空頂現(xiàn)象的出現(xiàn)[5]。在過斷層構(gòu)造區(qū)域時(shí)，若需要進(jìn)行后續(xù)的架棚布設(shè)，要以先前布設(shè)作為臨時(shí)支護(hù)，待新的架棚布設(shè)完成，才可拆除原有棚架。

圖3 架棚布設(shè)結(jié)構(gòu)圖

3 應(yīng)用效果

4313綜放工作面過斷層構(gòu)造采用“超前撞楔注漿支護(hù)+過斷層臨時(shí)加強(qiáng)支護(hù)+布棚支護(hù)”聯(lián)合支護(hù)工藝，對(duì)巷道頂板下沉量、幫部位移量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，巷道變形統(tǒng)計(jì)折線如圖4所示。

圖4 巷道變形統(tǒng)計(jì)折線圖

通過對(duì)成莊煤礦4313綜放工作面頂板以及巷幫長達(dá)65d的位移監(jiān)測(cè)，由分析可知，4313工作面進(jìn)行“超前撞楔注漿支護(hù)+過斷層臨時(shí)加強(qiáng)支護(hù)+布棚支護(hù)”聯(lián)合支護(hù)工藝維護(hù)后，有效地改善了頂板的破碎狀況，提高了整個(gè)圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。其中，頂板的最大下沉量為34mm，幫部的最大位移量為23mm，較之傳統(tǒng)支護(hù)控制下頂板與巷幫62mm與57mm的變形量，分別下降了41.18%和56.60%，在工作面推進(jìn)過程中，巷道圍巖變形情況得到了有效的控制，支護(hù)效果有了明顯的提高，為類似工作面過斷層破碎帶構(gòu)造的支護(hù)技術(shù)提供了一定的借鑒。