復(fù)雜地質(zhì)條件下急傾斜綜合機(jī)械化工作面過(guò)斷層開(kāi)采技術(shù)研究與應(yīng)用

周川 易磊磊 董明

【摘? 要】針對(duì)復(fù)雜地質(zhì)條件下急傾斜綜合機(jī)械化開(kāi)采過(guò)程中過(guò)斷層的難題，結(jié)合太平煤礦32241綜采工作面，通過(guò)對(duì)煤體先硬化后開(kāi)幫主動(dòng)支護(hù)的方式實(shí)現(xiàn)了安全開(kāi)采，對(duì)我國(guó)急傾斜煤層回采過(guò)斷層提供了一定的借鑒。

【關(guān)鍵詞】復(fù)雜地質(zhì);急傾斜;綜采;過(guò)斷層

太平煤礦近些年綜合機(jī)械化開(kāi)采水平大幅度提高，由于礦井地質(zhì)條件復(fù)雜，急傾斜、斷層多、地質(zhì)構(gòu)造多變，為解決復(fù)合型煤層過(guò)斷層開(kāi)采難題，我礦通過(guò)對(duì)煤體固化，煤幫超前支護(hù)、主動(dòng)支護(hù)等方式成功解決了急傾斜煤層綜合機(jī)械化開(kāi)采過(guò)斷層的難題。

1 工作面概況

1.1 工作面地質(zhì)條件

（1）32241工作面走向長(zhǎng)度約1236m，工作面斜長(zhǎng)為68～108m，平均斜長(zhǎng)82m，煤層傾角：27°～53°。該煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，分上下兩層（斷層變化帶內(nèi)為三層），煤層總厚度為1.31m—4.22m，平均厚度為2.95m，煤層能利用平均厚度為1.36m，上煤分層平均厚度為0.08m;下煤層厚度為0.50—2.10m，平均厚度為1.36m，煤層能利用厚度為1.19m;兩煤層夾矸厚度變化較大，厚度為0.15—2.75m，平均厚度為1.51m，其巖性為粉砂質(zhì)泥巖、粉砂質(zhì)泥巖夾煤線、泥質(zhì)粉砂巖。煤層直接頂為粉砂巖，厚度：1.0m，灰黑色，薄層狀。其中煤層普氏硬度為1

（2）工作面開(kāi)采區(qū)域內(nèi)有S12向斜、B11背斜構(gòu)造和F24-1斷層、二層頂四處;回風(fēng)巷在E31#點(diǎn)后6.5m及運(yùn)輸巷E36#點(diǎn)后17m各揭露一變薄帶，煤厚小于1.5m。其中斷層和兩處褶皺構(gòu)造附近壓力較集中，頂板裂隙較發(fā)育。從回采地質(zhì)說(shuō)明書來(lái)看，二層頂及變薄帶將沿煤層傾斜方向貫穿于整個(gè)回采工作面，以上地質(zhì)構(gòu)造變化對(duì)工作面回采均有較大影響。

（3）工作面存在F24-1斷層：該斷層為一逆斷層，產(chǎn)狀為：126°∠52°，斷距5.5m。該斷層自運(yùn)輸巷延伸至回風(fēng)巷，與工作面布置呈斜交趨勢(shì)。斷層影響范圍內(nèi)煤層厚度變化較大且架頭煤壁壓力顯現(xiàn)，時(shí)有片幫情況，對(duì)工作面回采有較大影響。

1.2 工作面三機(jī)配套情況

（1）頂板支護(hù)

該工作面機(jī)采段采用ZY3400/18/42Q型兩柱掩護(hù)式液壓支架支護(hù)頂板，支架支撐高度1.8m～4.2m，配有架間擋矸板、調(diào)底缸和防滑缸。

（2）落煤方式

選用MG300/720-AWD型雙滾筒采煤機(jī)截割落煤，滾筒截深0.6m，采煤機(jī)機(jī)身安有可伸縮液壓擋煤板，最大截割高度3.9m，最小行機(jī)高度2.2m。

（3）裝煤方式

裝有SGZ730/200型可彎曲刮板運(yùn)輸機(jī)鏟煤板聯(lián)合采煤機(jī)裝煤。

2 回采過(guò)斷層需解決的技術(shù)難題：

2.1 采高控制

根據(jù)該工作面回采地質(zhì)說(shuō)明書及現(xiàn)場(chǎng)勘查實(shí)際，該斷層影響范圍內(nèi)煤層厚度為1.8m～9.5m，平均7.8m，而工作面三機(jī)配套情況決定了工作面機(jī)采段可控采高范圍為2.2m～3.8m，同時(shí)斷層影響范圍內(nèi)的煤層厚度隨工作面走向推進(jìn)變化較快，導(dǎo)致刮板運(yùn)輸機(jī)起伏、支架失穩(wěn)、煤壁片幫和架間竄矸，極不利于作業(yè)人員安全和三機(jī)狀態(tài)管理。

2.2 片幫漏頂

結(jié)合斷層產(chǎn)狀及工作面布置方式，隨著工作面的走向推進(jìn)，斷層內(nèi)的煤層呈現(xiàn)先變厚后變薄的趨勢(shì)，且煤質(zhì)較軟、局部壓力集中，加上受該斷層的影響，工作面回采進(jìn)度嚴(yán)重受阻，以上各種因素致使工作面煤壁嚴(yán)重片幫，進(jìn)而極易導(dǎo)致架前冒頂。

2.3 防飛擋矸

雖然工作面安設(shè)了專用防飛擋矸設(shè)施（傾向架前擋矸板、擋矸網(wǎng)、擋矸膠皮，走向架間擋矸板、擋矸膠皮），但由于斷層影響范圍內(nèi)煤層厚度及坡度變化較大（35°～49°），煤壁片幫、架間竄塊給工作面防飛擋矸提措施出了不小的考驗(yàn)。

3 過(guò)斷層針對(duì)性技術(shù)研究與應(yīng)用

根據(jù)斷層影響范圍內(nèi)煤層變厚、煤質(zhì)變軟、斷層不斷上延和工作面實(shí)際開(kāi)采情況，前期采取逐步提架、提溜的方式進(jìn)行過(guò)渡，對(duì)于工作面支架采高超高段采取沿煤層底板回采，同時(shí)對(duì)支架上覆煤炭及機(jī)道煤幫進(jìn)行注漿（MP364）預(yù)加固，而后超前開(kāi)幫、打設(shè)錨網(wǎng)、錨索護(hù)頂、護(hù)幫的的方式進(jìn)行回采。

3.1 調(diào)架提溜

回采過(guò)斷層前期，針對(duì)該工作面煤層厚度變化頻繁的實(shí)際，采取提前調(diào)架提溜的方式緩解了工作面過(guò)斷層的難度。

3.2 煤體加固

根據(jù)工作面斷層變化情況以及工作面現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，綜合考慮選用煤礦安全技術(shù)產(chǎn)品：巴斯夫公司“美固MP364”對(duì)斷層內(nèi)采高超高段進(jìn)行注膠超前加固，得到了顯著效果。

（1）美固MP364加固機(jī)理其相對(duì)于傳統(tǒng)護(hù)幫工藝有如下特點(diǎn)：

①工藝簡(jiǎn)單，操作方便。注漿材料運(yùn)送方便，注漿設(shè)備體積小、重量輕，只需要兩人即可操作。原材料1∶1體積比混合，操作簡(jiǎn)單易行，準(zhǔn)備工作量小。

②安全性高。注漿使用壓風(fēng)為動(dòng)力源，避免電氣設(shè)備易產(chǎn)生失爆所帶來(lái)的危害。

③作用時(shí)間快。注漿材料在很短時(shí)間即可反應(yīng)，發(fā)揮加固、支撐、密封作用。

④滲透性好。在高壓條件下注漿，低粘度的化學(xué)漿液可滲入0.14mm以上微小裂隙，有效地防止氣和水的流動(dòng)和滲透，封堵效果好。

（2）煤體加固方案

根據(jù)MP364的相關(guān)特性、結(jié)合煤層賦存情況和發(fā)育程度，采取在斷層變化帶內(nèi)架前煤幫靠近支架頂梁下方0.5m處沿煤層傾斜方向自上而下每隔6.0m布置一個(gè)注漿鉆孔（孔深4.0m，仰角5～10°）對(duì)架前煤壁和支架上覆煤巖進(jìn)行加固。

3.3超前護(hù)頂

待煤體內(nèi)漿液凝固且達(dá)到最佳抗壓強(qiáng)度后，對(duì)注漿段內(nèi)煤幫采取自上而下爆破開(kāi)幫并用打設(shè)錨網(wǎng)（錨索）的聯(lián)合支護(hù)的方式進(jìn)行超前支護(hù)。

（1）開(kāi)幫參數(shù)確定

煤體及上覆煤層進(jìn)行預(yù)加固后根據(jù)煤體內(nèi)漿液擴(kuò)散情況及煤層抗壓狀況確定開(kāi)幫規(guī)格，結(jié)合該煤層實(shí)際注漿情況，確定注漿段開(kāi)幫寬度為4.0m，循環(huán)進(jìn)度為0.8m，高度自支架前探梁而下不高于2.5m，這樣既支護(hù)了架頭煤壁和上方煤巖，又減少了開(kāi)幫工程量，同時(shí)避免后期走架時(shí)架間出現(xiàn)較大落差導(dǎo)致支架失穩(wěn)、架間竄矸傷人的風(fēng)險(xiǎn)。

（2）支護(hù)方式

結(jié)合工作面現(xiàn)場(chǎng)煤體加固情況及斷層變化帶內(nèi)煤層的變化實(shí)際情況，采用錨網(wǎng)索（桿）交叉打設(shè)對(duì)開(kāi)幫內(nèi)的上覆煤巖進(jìn)行支護(hù)，錨索規(guī)格為7.25m和5.25m（確保錨索錨入穩(wěn)定巖層不小于1.5m），錨桿為2.4m強(qiáng)力錨桿，支護(hù)規(guī)格為間距×排距：1.0m×0.8m，這樣在確保支護(hù)質(zhì)量的前提下既節(jié)約了支護(hù)成本又降低了人工強(qiáng)度。

4 結(jié)論

斷層變化帶地質(zhì)構(gòu)造對(duì)綜合機(jī)械化開(kāi)采帶來(lái)了較大的困難，尤其是復(fù)雜地質(zhì)條件下急傾斜綜合機(jī)械化開(kāi)采過(guò)程中，過(guò)斷層對(duì)于綜采工作面三機(jī)管控及作業(yè)要求都較高，以上方法結(jié)合新型注漿、護(hù)幫工藝既解決了采高變化大易導(dǎo)致支架失穩(wěn)的難題，也化解了斷層壓力集中易造成架頭片冒的危險(xiǎn)。為類似的回采方法及工藝提供了參考經(jīng)驗(yàn)。

（作者單位：攀煤（集團(tuán)）公司太平煤礦）