綜采面安全過斷層應(yīng)力區(qū)技術(shù)措施研究

杜文科

（潞安集團(tuán)環(huán)能股份有限公司常村煤礦，山西 長治 046102）

1 概況

潞安集團(tuán)環(huán)能股份有限公司常村煤礦S5-13工作面位于井田南六采區(qū)，工作面南接S5延伸采區(qū)軌道下山，北臨KX16陷落柱防隔水煤柱，東臨王莊村保護(hù)煤柱，西鄰S5-15工作面（未開采）。地面標(biāo)高 +910～ +925m，煤層底板標(biāo)高+450～+486m。地面位置在王莊村西部，曲莊村東南部，崗頭村東北部。

S5-13工作面設(shè)計(jì)可采長度695.2m，傾斜長度240m，工作面回采煤層為石炭系3#煤層，平均厚度為6.1m。工作面采用走向長壁后退式、低位放頂煤、全部垮落的綜合機(jī)械化采煤方法，采高3.2±0.1m，循環(huán)進(jìn)尺0.8m，循環(huán)產(chǎn)量1906t；日推進(jìn)3.2m，日產(chǎn)量7624t，截至目前工作面已回采240m。

工作面地質(zhì)資料顯示，S5-13工作面回采至232m處位于回風(fēng)順槽側(cè)距工作面27m處揭露一條正斷層F5，斷層走向與工作面走向平行，如圖1所示，影響工作面走向長度42m。受構(gòu)造應(yīng)力、超前應(yīng)力以及回采應(yīng)力影響，工作面回采至225m處，位于機(jī)尾119#-102#支架之間（共計(jì)30m）工作面頂板出現(xiàn)局部破碎現(xiàn)象，隨著工作面推進(jìn)至235m處時(shí)頂板出現(xiàn)大面積破碎現(xiàn)象，煤壁片幫嚴(yán)重。工作面回采至240m處時(shí)受片幫影響，端面距加大，頂板出現(xiàn)冒落，冒落高度達(dá)0.8m，且回風(fēng)順槽兩幫移進(jìn)量增加至0.76m，頂板下沉量達(dá)0.44m。

圖1 S5-13工作面F5斷層平面布置示意圖

2 工作面安全過應(yīng)力區(qū)技術(shù)措施

為了保證S5-13工作面安全快速過F5斷層應(yīng)力區(qū)，采取頂板預(yù)裂卸壓、架設(shè)U29型工字鋼棚以及注漿進(jìn)行聯(lián)合維護(hù)。

2.1 頂板預(yù)裂卸壓

頂板預(yù)裂卸壓主要是利用爆破法將應(yīng)力區(qū)頂板進(jìn)行松動(dòng)預(yù)裂，對頂板起到切斷、卸壓作用，從而改善頂板所處的應(yīng)力環(huán)境，使頂板應(yīng)力集中區(qū)轉(zhuǎn)變?yōu)閼?yīng)力卸壓區(qū)，便于頂板維護(hù)。

（1）在S5-13工作面回風(fēng)順槽頂板施工一排爆破卸壓孔，孔深為5.0m，鉆孔直徑為75mm，鉆孔間距為4.0m，鉆孔距回風(fēng)順槽非煤壁幫間距為1.0m（回風(fēng)順槽巷寬為4.5m），鉆孔沿巷道走向成直線布置，鉆孔傾向采空區(qū)側(cè)夾角為75°，共計(jì)施工8個(gè)預(yù)裂卸壓孔，如圖2所示。

（2）卸壓孔施工完后向鉆孔內(nèi)安裝聚能管，聚能管長度為8.0m，直徑為65mm的PVC管支撐，聚能管兩側(cè)各焊制3個(gè)爆破氣流孔，氣流孔直徑為20mm，間距為0.3m；所有聚能管爆破氣流孔沿巷道走向布置。

（3）聚能管安裝后向管內(nèi)填裝一支長度為0.4m、直徑為55mm乳化藥卷以及一支雷管，裝藥量為0.45kg。裝藥完成后對鉆孔進(jìn)行封孔處理，采用黃土、水袋交替封孔，從鉆孔底部向外，黃土封孔長度為1.0m，水袋封孔長度為1.2m，孔口處封孔長度為1.5m，封孔牢固后依次進(jìn)行鉆孔爆破。

圖2 S5-13綜采工作面應(yīng)力區(qū)爆破預(yù)裂卸壓施工剖面圖

2.2 架設(shè)U29型工字鋼棚

為了防止回采期間回風(fēng)順槽出現(xiàn)頂板冒頂、垮落事故發(fā)生，決定采用架設(shè)U29型工字鋼棚進(jìn)行頂板維護(hù)。

（1）鋼棚為矩形斷面，鋼棚斷面規(guī)格為寬×高=4.5×3.2m，鋼棚主要由U29型鋼梁焊制而成，主要包括棚腿、頂梁、底座、連接桿等部分組成。

（2）首先在巷道兩幫處底板對鋼棚底座進(jìn)行安裝加固，每個(gè)底座采用兩根地錨進(jìn)行加固，底座安裝后將棚腿與底座采用四根長度為0.12m，直徑為0.08m螺栓進(jìn)行連接預(yù)緊，預(yù)緊力不得低于200N·m。鋼棚棚腿與頂梁采用卡纜進(jìn)行固定。

（3）鋼棚架設(shè)間距為1.5m，回風(fēng)順槽共計(jì)架設(shè)25架鋼棚，待所有鋼棚架設(shè)完成后，在相鄰兩架鋼棚之間采用兩組長度為1.5m、直徑為30mm圓鋼連接桿進(jìn)行連接，并在鋼棚與頂板、巷幫間隙處采用水泥背板背牢。

2.3 注漿加固

（1）工作面回采至240m處時(shí)，及時(shí)將支架移架到位，將護(hù)幫板打開，支架工作阻力以及初撐力不得低于額定值的80%。

（2）通過現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，受應(yīng)力影響119#～102#支架之間的煤壁片幫主要位于頂板往下1.5m范圍內(nèi)，決定在工作面頂板往下1.5m處施工一排注漿鉆孔，鉆孔間距為3.0m，每排共計(jì)施工10個(gè)鉆孔；鉆孔直徑為35mm，深度為6m，鉆孔與工作面煤壁呈60°仰角布置，鉆孔終孔位置位于直接頂內(nèi)。

（3）注漿鉆孔施工完后，對每個(gè)鉆孔內(nèi)依次埋入直徑為20mm注漿軟管，然后采用膨脹速凝水泥對鉆孔進(jìn)行封孔處理，封孔長度為0.3m。鉆孔封孔后采用高壓注漿泵向鉆孔內(nèi)注射聚氨酯粘合劑，注漿壓力不得低于1.5MPa。

（4）工作面煤壁及頂板注漿后，采煤機(jī)割煤時(shí)截割深度控制在0.5m以下，并及時(shí)帶壓擦頂移架，當(dāng)工作面回采3.0m后在工作面煤壁施工第二排注漿鉆孔，且與第一批鉆孔布置參數(shù)以及注漿工序相同。

3 治理效果

（1）在S5-13回風(fēng)順槽頂板進(jìn)行爆破預(yù)裂卸壓后，降低了F5斷層對工作面影響，對斷層應(yīng)力起到卸壓作用，工作面在后期回采期間應(yīng)力區(qū)頂板未出現(xiàn)因應(yīng)力集中造成頂板冒落事故。

（2）通過架設(shè)U29型工字鋼棚對回風(fēng)順槽頂板進(jìn)行加固，避免了應(yīng)力區(qū)頂板出現(xiàn)下沉現(xiàn)象，同時(shí)鋼棚可降低頂板應(yīng)力對巷道兩幫煤柱作用，在后期回采期間回風(fēng)順槽頂板未出現(xiàn)破碎現(xiàn)象，將巷道頂板下沉量控制在0.12m以下范圍內(nèi)，巷道兩幫移近量降低至0.22m。

（3）對工作面應(yīng)力區(qū)破碎煤壁及頂板采取注漿加固后，提高了煤巖體膠結(jié)穩(wěn)定性，增加了破碎巖體承載能力及單軸抗壓強(qiáng)度，保證了工作面頂板平整，支架初撐力及工作阻力提高至87%以上，工作面煤壁未發(fā)生大面積片幫現(xiàn)象，頂板端面距控制在0.3m以下，工作面回采速度提高至6.5m/d。