回采面仰斜法過(guò)斷層施工工藝應(yīng)用

赤 永 東

（大同煤礦集團(tuán)大斗溝煤業(yè)公司，山西 大同 037003）

0 引 言

綜采工作面過(guò)斷層期間受構(gòu)造影響，破壞了煤巖體穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，改變了圍巖力學(xué)性質(zhì)，若不采取合理有效的回采工藝及過(guò)斷層安全技術(shù)措施，不僅降低了工作面回采速度，及原煤回采量，增加了設(shè)備故障率，而且很容易發(fā)生重大煤礦安全事故，如頂板冒落等；所以工作面過(guò)斷層前，必須合理分析過(guò)斷層時(shí)主要存在的技術(shù)難題，并根據(jù)實(shí)際情況采取合理有效回采工藝及安全措施；本文以大斗溝礦8201 工作面為例，對(duì)工作面過(guò)F7 斷層提出了仰斜回采工藝及合理頂板控制措施。

1 概述

1.1 工作面簡(jiǎn)介

大同煤礦集團(tuán)大斗溝煤礦8201 工作面位于井田三盤(pán)區(qū)，北東部為盤(pán)區(qū)大巷，北西部為8202 設(shè)計(jì)工作面，南東為8206 設(shè)計(jì)工作面，南西為山2#煤層可采邊界。

8201 工作面設(shè)計(jì)走向長(zhǎng)度為1700m，傾向長(zhǎng)度為185m，回采煤層為山西組2#煤層，煤層平均厚度為2.71m，2#煤層直接頂主要以砂質(zhì)泥巖為主，平均厚度為2.2m，基本頂主要為K4 灰?guī)r，平均厚度為8.4m，工作面采用MG750/1630-WD 型雙滾筒采煤機(jī)割煤，采用ZFG13000/27.5/42 型液壓支架支護(hù)頂板，全部垮落法處理采空區(qū)。

1.2 地質(zhì)條件

根據(jù)8201 工作面鉆孔資料顯示，8201 工作面回采至1470m 處揭露一條F7 正斷層，斷層落差為1.8m，傾角為45°，斷層與工作面夾角為9°，斷層從8201 回風(fēng)順槽13#導(dǎo)線點(diǎn)前5.0m 揭露，受斷層影響，工作面煤層出現(xiàn)上翻現(xiàn)象。

2 過(guò)F7 斷層主要存在技術(shù)難題

1）移架困難：由于8201 工作面揭露的F7 斷層落差為1.8m，導(dǎo)致工作面煤層出現(xiàn)上下錯(cuò)移，若采用傳統(tǒng)直接法過(guò)斷層帶壓擦頂移架時(shí)，支架頂梁上方預(yù)留頂煤厚度達(dá)0.9m，受構(gòu)造應(yīng)力、回采應(yīng)力影響，頂煤預(yù)留難度大，使支架頂梁損壞嚴(yán)重，導(dǎo)致支架移架時(shí)難度大。

2）機(jī)械設(shè)備損壞嚴(yán)重：采用傳統(tǒng)強(qiáng)行法過(guò)斷層時(shí)，采煤機(jī)破巖量大在破巖石對(duì)采煤機(jī)截割部損壞嚴(yán)重，而且?guī)r體主要以灰?guī)r，巖體硬度及塊徑大，在落巖時(shí)對(duì)刮板輸送機(jī)輸送槽產(chǎn)生沖擊破壞力，導(dǎo)致溜槽變形、刮板鏈斷裂現(xiàn)象，增加設(shè)備維修成本費(fèi)用。

3）原煤損失量大：由于F7 斷層貫穿整個(gè)工作面，且斷層下盤(pán)底板巖體上移，采用傳統(tǒng)采煤機(jī)強(qiáng)行割煤時(shí)頂板破巖厚度達(dá)1.8m，工作面回采至1600m停采線位置共計(jì)原煤損失量達(dá)4.5 萬(wàn)t，經(jīng)濟(jì)損失達(dá)950 余萬(wàn)元。

4）回采效率低：采用傳統(tǒng)回采工藝時(shí)，由于工作面破巖量達(dá)，單刀割煤深度不足0.5m，且割煤20m 后需對(duì)采煤機(jī)進(jìn)行停機(jī)冷卻，單刀循環(huán)割煤時(shí)長(zhǎng)達(dá)3.5h，平均回采速度不足3.0m/d。

3 仰斜發(fā)過(guò)F7 斷層施工工藝

3.1 仰斜回采工藝

1）8201 工作面從尾巷側(cè)首先揭露F7 斷層，為了減少采煤機(jī)破巖量，提高煤柱回采量，在工作面回風(fēng)順槽距F7 斷層30m 處時(shí)對(duì)工作面進(jìn)行旋轉(zhuǎn)回采，以工作面尾端為旋轉(zhuǎn)點(diǎn)，對(duì)工作面進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)后確保工作面與斷層平行布置。

2）工作面?zhèn)涡闭{(diào)整后以10°仰角進(jìn)行仰斜回采，仰斜回采時(shí)嚴(yán)禁采煤機(jī)一次性割全刀，允許一次性割煤長(zhǎng)度為30m，割煤深度為0.6m，割煤后及時(shí)進(jìn)行移架、推移刮板輸送機(jī)，依次類(lèi)推直至通刀割煤完成。

3）當(dāng)工作面仰斜回采時(shí)留底煤破頂巖石，當(dāng)工作面仰斜回采17m 后采煤機(jī)揭露F7 斷層下盤(pán)煤層，繼續(xù)回采10m 采煤機(jī)完全揭露下盤(pán)煤層頂板，此時(shí)即使調(diào)整采煤機(jī)回采角度，進(jìn)行進(jìn)水平煤層回采，如圖1 所示。

4）工作面在斷層下盤(pán)煤層進(jìn)水平回采5.0m 后，再次進(jìn)行旋轉(zhuǎn)回采，對(duì)工作面?zhèn)涡边M(jìn)行調(diào)整，此時(shí)以工作面端頭支架進(jìn)行旋轉(zhuǎn)點(diǎn)，對(duì)工作面尾部進(jìn)行旋轉(zhuǎn)回采，直至工作面與頭尾順槽完全垂直為止。

圖1 8201 工作面仰斜法過(guò)F7 斷層剖面示意圖

3.2 安全技術(shù)措施

由于2#煤層膠結(jié)穩(wěn)定性差，工作面在仰斜回采期間預(yù)留頂煤難度大，煤層冒落、破碎現(xiàn)象嚴(yán)重，造成支架支護(hù)時(shí)出現(xiàn)頂梁托空現(xiàn)象，降低支架支護(hù)效果，所以通過(guò)研究決定，對(duì)仰斜回采頂板采取施工超前錨桿支護(hù)。

1）超前錨桿支柱主要由樹(shù)脂錨桿、固定托架、錨索等部分組成，樹(shù)脂錨桿長(zhǎng)度為3.0m，直徑為22mm；固定托架長(zhǎng)度由為3.2m，寬度為0.28m“JW”鋼帶制成，托架上均勻焊制3 個(gè)圓孔，孔間距為1.5m。

2）工作面仰斜揭露F7 斷層下盤(pán)煤層時(shí)，采用手持式鉆機(jī)在工作面設(shè)計(jì)頂板位置施工一排仰斜支護(hù)鉆孔，鉆孔深度為4.0m，仰角為10°，鉆孔間距為0.75m；鉆孔施工完后對(duì)鉆孔內(nèi)填裝兩支錨固劑（一支MSKC23/35 超快型、一支MSK23/80 快速型），以及一根樹(shù)脂錨桿，并采用鉆機(jī)進(jìn)行錨固，錨固后錨固力不得低于100kN，錨桿外露長(zhǎng)度控制在0.2m 左右。

3）超前錨桿安裝后為防止在揭露煤層后，錨桿松動(dòng)現(xiàn)象，同時(shí)提高端面頂板穩(wěn)定后，決定在超前錨桿外露端安裝托架將其與頂板進(jìn)行固定，每3 根錨桿采用一根托架進(jìn)行固定，托架采用三根長(zhǎng)度為3.5m，直徑為21.6mm 恒阻錨索進(jìn)行固定，如圖2 所示。

4）超前錨桿支護(hù)施工完后，割煤時(shí)支架頂梁緊貼錨桿帶壓擦頂移架，當(dāng)工作面仰斜回采3.5m 后，在工作面施工第二排超前錨桿支護(hù)，相鄰兩排超前支護(hù)交錯(cuò)疊加布置，疊加距離為0.5m，依次類(lèi)推直至工作面仰斜回采結(jié)束。

圖2 仰斜回采超前錨桿支護(hù)平面示意圖

3.3 實(shí)際應(yīng)用效果分析

1）2018 年7 月21 日8201 工作面揭露F7 斷層，且采用仰斜回采工藝，截止7 月27 日工作面完全過(guò)斷層，在仰斜回采期間工作面平均回采速度為5.5m/d，回采期間未發(fā)生頂板破碎、冒落現(xiàn)象，支架初撐力、工作阻力控制在額定值84%以上。

2）采用仰斜回采時(shí)破巖量為3211m3，且主要為炭質(zhì)泥巖，與傳統(tǒng)且行回采相比，減少破巖量達(dá)2.9萬(wàn)m3，降低了工作面采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)故障率，通過(guò)實(shí)際觀察發(fā)現(xiàn)，仰斜回采期間更換截齒6 個(gè)，刮板更換3 根，與傳統(tǒng)回采工藝相比，設(shè)備故障率降低至3%以下，全年節(jié)約設(shè)備維修費(fèi)用達(dá)120 萬(wàn)元。

3）與傳統(tǒng)回采工藝相比，仰斜回采時(shí)提高煤柱回采量達(dá)4.2 萬(wàn)t，提高煤礦經(jīng)濟(jì)效益達(dá)860 余萬(wàn)元。

4 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)8201 工作面?zhèn)鹘y(tǒng)工藝過(guò)F7 斷層時(shí)回采效率低、破巖量大、煤柱損失嚴(yán)重等技術(shù)難題，大同煤礦集團(tuán)大斗溝煤業(yè)公司通過(guò)技術(shù)研究，提出了仰斜回采工藝以及合理的頂板控制措施，通過(guò)實(shí)際應(yīng)用，該回采工藝大大提高了工作面回采效率，及原煤回采量，保證了工作面回采安全，得到了礦及集團(tuán)公司一直認(rèn)可，并在集團(tuán)公司其它煤礦不穩(wěn)定山西組3#、4#、5#等煤層回采中進(jìn)行應(yīng)用，為類(lèi)似地質(zhì)條件工作面回采提供實(shí)踐借鑒意義。