48710工作面巷道過斷層和陷落柱技術(shù)研究

李 杰

（山西西山煤電股份有限公司西銘礦，山西 太原 030052）

在進(jìn)行煤炭開采時，由于工作面存在著許多褶皺、斷層、陷落柱等[1]，破壞了煤層及頂?shù)装鍘r層的連續(xù)性和完整性，工作面穿過此類地質(zhì)構(gòu)造時，若不采取有效的安全措施，會導(dǎo)致工作面頂板破碎，易造成安全事故。

胡紅偉[2]針對長平煤礦大采高工作面制定了相應(yīng)的過斷層和陷落柱的技術(shù)措施；王曄[3]采用了預(yù)掘爆破巷的方法處理了堅(jiān)硬圍巖過斷層；祝劉兵[4]提出通用措施為類似礦井施工提供參考。但由于斷層、陷落柱極不規(guī)律，因此針對西銘礦48710工作面具體斷層及陷落柱進(jìn)行研究具有重要的意義。

1 工程概況

西銘礦48710工作面東為48712工作面，南鄰北七右翼回風(fēng)巷，西鄰48708工作面，間距21m，北為隨老母斷層。該面上覆2#煤已回采，采空積水已探放。48710工作面采用長壁綜采采煤工藝，8#煤層厚度為5.1～6.4m，平均為5.8m，傾角為-3°～8°，煤層硬度f為0.8～1.0，煤層結(jié)構(gòu)簡單。煤層頂?shù)装鍘r層結(jié)構(gòu)如表1所示。

表1 8#煤層頂?shù)装鍘r層結(jié)構(gòu)分布

工作面推進(jìn)過程中，在50號支架處揭露f8612斷層，落差高度為1.5～1.7m，對工作面影響范圍為35m，支架影響范圍20～60號支架，對回采有一定影響。工作面推進(jìn)距離達(dá)到980m時，首先在工作面端部揭露陷落柱X8719影響區(qū)域，經(jīng)超前探測可以得知影響范圍沿推進(jìn)方向30m，沿傾向方向15m，影響支架范圍為108～115號支架，對回采影響較大。

2 工作面過斷層及陷落柱技術(shù)研究

2.1 過斷層技術(shù)研究

f8612斷層線至48708巷為下盤、至48712巷為上盤，為順利通過斷層，當(dāng)工作面由上盤向下盤推進(jìn)時，應(yīng)當(dāng)在工作面距離斷層線有一定距離時，開始增大工作面的角度，使工作面仰角沿煤層頂板推進(jìn)，使得到達(dá)下盤時，底板恰好為斷層下盤底板，迅速恢復(fù)正常工作面回采。因此，工作面安全過斷層需確定支架起坡點(diǎn)、起坡度、最小采高等工作面具體參數(shù)。

（1）工作面過斷層相關(guān)參數(shù)確定

① 支架起坡點(diǎn)及起坡角

斷層上下盤如圖1所示，工作面由上盤向下盤推進(jìn)。支架起坡點(diǎn)采用以下公式計(jì)算：

a=d×（1/tanβ-1/tanα）

b=a-M/tanα

式中：

M-工作面采高，m；

α-斷層傾角，°；

β-支架起坡角，°；

d-斷層斷距，m；

a-煤層頂板至斷層起坡距離，m；

b-煤層底板至斷層起坡距離，即支架起坡點(diǎn)，m。

由于48710工作面采高較大，支架仰角若太大可能會導(dǎo)致支架向采空區(qū)傾斜，形成安全隱患。根據(jù)支架性能及工作面具體參數(shù)可知：斷層傾角為30°，斷層斷距為11.7m，煤層采高為3.26m，支架起坡角取20°最為合適。代入工作面采高及斷層基本參數(shù)可以求得：a=11.88m，b=6.24m。可以得知支架的抬起點(diǎn)距離斷層距離不小于6.24～11.88m即可，因此，取支架起坡點(diǎn)距斷層面距離為12m。

② 最小采高

工作面過斷層時最小采高由下公式計(jì)算得到：

hmin=h1+h2+h3+200

式中：

h1-支架高度，m；

h2-采煤機(jī)滾筒直徑，m；

h3-支架護(hù)幫板收回高度，m；

200-空隙采用值。

根據(jù)工作面設(shè)備具體參數(shù)可以求得最小采高為4.8m。

圖1 起坡點(diǎn)、起坡角示意圖

（2）過斷層具體技術(shù)方案

① 工作面自支架起坡點(diǎn)開始抬起底板，割煤提升高度每刀應(yīng)小于100mm，保證工作面提升過程中的平穩(wěn)過渡，20號支架至斷層線開始逐步提升，從而沿?cái)鄬拥装寮垂ぷ髅娴装逭；夭伞?/p>

② 工作面過斷層時采高減小為4.8m，保證前后支架平穩(wěn)過渡，相鄰架間護(hù)板最大錯差不超過全部側(cè)護(hù)板高度。

③ 工作面采高超過4.8m時，需采取打貼幫柱、勾頂、伸縮梁上挑板梁等技術(shù)措施，以免發(fā)生端面冒頂。根據(jù)工作面現(xiàn)場實(shí)際情況，將單體柱一段定在支架伸縮梁的尾端，一段頂在支架一級護(hù)幫板上，單體柱可以增加支架護(hù)幫板的支護(hù)強(qiáng)度。

④ 針對工作面機(jī)頭機(jī)尾推進(jìn)距離進(jìn)行調(diào)整，多推進(jìn)機(jī)頭，少推進(jìn)機(jī)尾，保證工作面不咬架，支架推移不受影響，使得工作面與斷層面以較大的角度相交，防止斷層面在工作面大范圍同時露出，影響工作面穩(wěn)定性，將斷層影響范圍控制在回采范圍以內(nèi)。

2.2 過陷落柱技術(shù)研究

48710工作面推進(jìn)距離達(dá)到980m時，首先在工作面端部揭露陷落柱X8719影響區(qū)域，經(jīng)超前探測可以得知影響范圍沿走向980～1010m，沿傾向方向影響范圍為15m，對工作面尾部108～115號支架影響較大。X8719陷落柱影響范圍如圖2所示。

圖2 工作面X8719陷落柱影響區(qū)域示意圖

（1）工作面過陷落柱具體施工技術(shù)

針對工作面過陷落柱的情況，目前最有效的方式即是抬高工作面底板，減小采高過陷落柱。因X8719陷落柱處于工作面48710尾部，所以工作面過陷落柱區(qū)域時，需保證工作面尾部最后一個支架與工作面尾部巷道底板相平。因此，在工作面推進(jìn)到980m之前，由最后一架開始，液壓支架逐步抬高，支架抬高角度控制在3°左右，使得115～108號支架抬升0～1.8m，保證工作面過陷落柱范圍時的安全，過陷落柱時工作面采高控制在4.8m左右，工作面自98～90號支架逐步降低至工作面正常底板，如圖3所示。

圖3 工作面過陷落柱支架抬起高度示意圖

（2）工作面過陷落柱圍巖控制技術(shù)

① 工作面過陷落柱前，對陷落柱影響范圍及邊緣15m范圍內(nèi)進(jìn)行頂?shù)装鍘r層注漿支護(hù)，提高破碎頂板的強(qiáng)度，使陷落柱影響范圍內(nèi)的頂板巖層形成堅(jiān)固的人工假頂，避免過陷落柱出現(xiàn)頂板坍塌。

② 為防止工作面過陷落柱時頂板破碎出現(xiàn)大塊矸石掉落的現(xiàn)象，可以采取小范圍內(nèi)控制爆破，將工作面內(nèi)大塊硬矸石進(jìn)行爆破處理，保證工作面推進(jìn)過程中的安全性。

③ 過陷落柱時，由于要進(jìn)行濕式打眼爆破，可能會造成工作面積水，由于陷落柱區(qū)域處于工作面尾部，此區(qū)域抬高，積水可能流向工作面兩端，因此，必須在工作面機(jī)頭機(jī)尾處設(shè)置排水設(shè)備，及時抽水。

3 結(jié) 語

針對48710工作面具體地質(zhì)賦存條件及斷層、陷落柱影響范圍，采取理論分析確定了工作面過斷層的支架起坡點(diǎn)及起坡角、工作面最小采高，制定了工作面過斷層及陷落柱時需采取的技術(shù)措施研究，保證48710工作面過斷層和陷落柱時安全推進(jìn)。