仰斜回采技術(shù)在過斷層時(shí)的應(yīng)用實(shí)踐

劉植寧

（山西高平科興龍頂山煤業(yè)有限公司，山西 高平 048400）

斷層是綜采工作面常遇到的地質(zhì)構(gòu)造，斷層侵入不僅破壞了煤巖體穩(wěn)定性，而且使煤體在空間上產(chǎn)生位移，從而加大了工作面回采難度，降低了斷層處煤層回采率。工作面?zhèn)鹘y(tǒng)主要采用采煤機(jī)強(qiáng)行過斷層，該方法回采速度快，安全系數(shù)高，但是當(dāng)斷層落差大于2.0 m、斷層處巖體強(qiáng)度大于35 MPa時(shí)，強(qiáng)行法過斷層不僅回采率低、煤柱損失嚴(yán)重，而且設(shè)備故障率高，不利于綜采工作面安全高效回采。本文以龍頂山9101 工作面過F6 斷層為例，為保證工作面回采安全，提出了仰斜回采工藝[1-5]。

1 概況

山西高平科興龍頂山煤業(yè)有限公司9101 綜采工作面位于+901 m 水平9101 采區(qū)，東為運(yùn)輸大巷，其他方位均為實(shí)體煤。9101 工作面設(shè)計(jì)走向長(zhǎng)度為2317 m，傾向長(zhǎng)度為185 m，工作面回采煤層為9#煤層，平均厚度為1.6 m，平均傾角為48°。9#煤層位于太原組中部，上距3 號(hào)煤層平均距離為58.39 m，下距15 號(hào)煤層平均距離為37.75 m。煤層頂板為泥巖、砂質(zhì)泥巖，少量為細(xì)砂巖、鋁土泥巖，底板為泥巖、砂質(zhì)泥巖，少量為細(xì)砂巖、粉砂巖。9#煤層頂?shù)装鍘r性見表1。

表1 9#煤層頂?shù)装鍘r性匯總表

9101 工作面內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造單一，主要以斷層構(gòu)造為主。根據(jù)9101 運(yùn)輸、回風(fēng)順槽掘進(jìn)揭露情況，工作面回采至917～980 m 范圍內(nèi)預(yù)計(jì)揭露F6 逆斷層，F(xiàn)6 斷層影響工作面回采長(zhǎng)度達(dá)60 m，對(duì)工作面影響較大。

2 工作面過斷層問題分析

9101 工作面采用綜合機(jī)械化回采工藝，沿9#煤層底板進(jìn)行回采，回采高度為3.0 m，截至2020年2 月7 日9101 工作面已回采至935 m。工作面回采至920 m 處在56#～80#支架前方揭露F6 正斷層，斷層從頭部向尾部逐漸揭露，斷層落差為1.7 m，傾角為48°。工作面頭部方向?yàn)閿鄬由媳P，尾部為斷層下盤，斷層下盤處煤體出現(xiàn)上飄現(xiàn)象，如圖1。

圖1 9101 工作面過F6 斷層仰斜回采剖面示意圖

9101 工作面在揭露斷層后，原計(jì)劃采用強(qiáng)行破巖的方法進(jìn)行回采，即工作面回采揭露斷層后，斷層上盤煤體正?；夭?，過斷層下盤時(shí)采用采煤機(jī)強(qiáng)行破巖，直至工作面完全過斷層帶。但是通過實(shí)際回采情況來看，采用強(qiáng)行破巖主要存在以下幾方面技術(shù)難題：

（1）工作面回采效率低。工作面在過F6 斷層時(shí)，由于巖體硬度大、圍巖破碎嚴(yán)重，導(dǎo)致工作面過斷層期間回采難度大、回采效率低、移架難度大、圍巖控制效果差。通過現(xiàn)場(chǎng)觀察發(fā)現(xiàn)，工作面采用強(qiáng)行破巖過F6 斷層時(shí)，每天回采量不足4.0 m。

（2）設(shè)備故障率高。由于F6 斷層上盤煤巖體出現(xiàn)上飄，采用強(qiáng)行法過斷層時(shí)，采煤機(jī)破巖厚度達(dá)3.0 m，巖體主要以白砂巖為主，局部為炭質(zhì)泥巖，巖體巖石普氏系數(shù)f ＞4.0，巖體硬度大，采用采煤機(jī)破巖時(shí)，破巖量大，破巖效率低，采煤機(jī)截齒、截割部損壞嚴(yán)重。根據(jù)綜二隊(duì)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，工作面在揭露斷層前15 m 回采過程中，共計(jì)更換采煤機(jī)截齒76 個(gè)，截割電機(jī)燒毀一套，造成設(shè)備維修費(fèi)用達(dá)21.8 萬元。

（3）煤柱損失嚴(yán)重。由于受F6 斷層影響，斷層下盤煤體上飄至頂板，工作面采用強(qiáng)行破巖過斷層時(shí)，下盤煤體隨頂板垮落遺留至采空區(qū)內(nèi)，導(dǎo)致工作面回采煤柱損失嚴(yán)重。通過計(jì)算，采用強(qiáng)行回采時(shí)工作面煤柱損失量達(dá)1.2 萬t，同時(shí)大量煤柱遺留至采空區(qū)后，很容易造成采空區(qū)煤層自燃現(xiàn)象，不利于采空區(qū)安全管理。

3 仰斜回采工藝應(yīng)用

3.1 仰斜回采方案

為了解決強(qiáng)行破巖法過斷層存在的技術(shù)難題，決定對(duì)9101 工作面原回采工藝進(jìn)行優(yōu)化，提出了仰斜回采工藝。

（1）9101 工作面回采至935 m 處時(shí)，及時(shí)調(diào)整工作面?zhèn)涡?，頭尾偽斜度不大于5°，將工作面液壓支架移架到位，確保端面距在0.5 m 以下，同時(shí)將采煤機(jī)移至1#支架前方。

（2）9101 工作面?zhèn)涡闭{(diào)整完成后，采煤機(jī)從10#支架斜切進(jìn)刀并往返隔1#～10#支架前方三角煤柱，在10#～52#之間煤柱采用正常割煤工序，單刀割煤深度為0.5 m。

（3）采煤機(jī)割煤至52#支架時(shí)調(diào)整采煤機(jī)角度，采用上山仰斜回采，仰斜角度為6°，采煤機(jī)在斷層上盤仰斜回采時(shí)留底煤破頂巖，仰斜回采期間確保底板平整。

（4）工作面仰斜回采至65#支架時(shí)，工作面回采至F6 斷層上盤，且完全揭露上盤煤體，此時(shí)再次調(diào)整采煤機(jī)割煤角度進(jìn)行近水平回采，以此類推直至工作面完全過斷層帶。仰斜回采期間，應(yīng)對(duì)仰斜處頂板加強(qiáng)支護(hù)。

3.2 仰斜頂板支護(hù)技術(shù)

為了防止仰斜期間斷層兩盤附近巖體受構(gòu)造應(yīng)力及回采應(yīng)力作用出現(xiàn)頂板破碎、煤壁片幫，決定對(duì)仰斜頂板采取聯(lián)合支護(hù)。

3.2.1 注漿加固

（1）工作面仰斜回采期間，采用注漿加固法。鉆孔施工在52#～65#支架前方煤壁，鉆孔深8.0 m，鉆孔布置間距為5.0 m，直徑為45 mm，仰角為20°，鉆孔開口位置距設(shè)計(jì)頂板間距為1.5 m。

（2）為了提高注漿效果，注漿鉆孔施工完后，對(duì)鉆孔內(nèi)安裝注漿花管。注漿花管主要由PVC 管制成，花管直徑為40 mm，花管四周均勻布置直徑為5 mm 注漿射孔，每節(jié)花管長(zhǎng)度為1.5 m，每個(gè)鉆孔內(nèi)安裝5 根花管，花管之間采用絲扣連接。

（3）注漿花管安裝孔內(nèi)埋入一根Φ20 mm 注漿軟管，在孔口處安裝止?jié){塞，然后將注漿軟管與注漿泵連接進(jìn)行注漿。注漿液采用馬麗散與催化劑配比為1:1 的混合注漿材料，注漿壓力為2.0 MPa。

3.2.2 超前管棚支護(hù)

（1）為了對(duì)工作面頂板超前支護(hù)，工作面仰斜回采期間，對(duì)頂板采取超前管棚支護(hù)，主要為加長(zhǎng)玻璃鋼錨桿，錨桿長(zhǎng)度為3.0 m，直徑為32 mm。

（2）首先采用手持式鉆機(jī)在仰斜頂板處施工一排超前管棚支護(hù)孔，孔間距為0.5 m，鉆孔深度為3.0 m，鉆孔垂直煤壁布置。鉆孔施工完后，對(duì)鉆孔內(nèi)安裝超前管棚支護(hù)。

（3）在超前支護(hù)外露端安裝一根托架并采用錨索將其與頂板固定，如圖2 所示。超前管棚支護(hù)施工后，工作面在仰斜回采時(shí)液壓支架頂梁緊貼支護(hù)體，采用帶壓擦頂移架，當(dāng)工作面回采2.5 m 后施工第二排超前管棚支護(hù)，以此類推，直至工作面完全過斷層帶。

圖2 9101 工作面頂板超前管棚支護(hù)平面示意圖

3.3 實(shí)際應(yīng)用效果分析

截至2020 年2 月21 日，9101 工作面已回采至987 m，已完全過F6 斷層影響區(qū)域。對(duì)工作面采取仰斜回采工藝后，通過與傳統(tǒng)強(qiáng)行破巖法相比，仰斜回采工藝可減少破巖量達(dá)2100 m3，提高斷層區(qū)煤柱回采量達(dá)1.2 萬t，工作面回采期間共計(jì)更換截齒11 個(gè)，未出現(xiàn)采煤機(jī)電機(jī)燒毀、截割部損壞現(xiàn)象，降低設(shè)備維修費(fèi)用達(dá)20 余萬元。

對(duì)仰斜工作面采取聯(lián)合支護(hù)技術(shù)后，工作面在后期回采過程中未出現(xiàn)頂板破碎、煤壁片幫現(xiàn)象，液壓支架在仰斜回采區(qū)支撐力及工作阻力達(dá)設(shè)計(jì)值的92%以上。

4 結(jié)論

（1）與傳統(tǒng)強(qiáng)行破巖法相比，仰斜回采工藝降低了工作面破巖量，提高了煤柱回采量，降低了工作面機(jī)械設(shè)備故障率。

（2）對(duì)頂板采取注漿加固技術(shù)后，提高了斷層區(qū)煤巖體膠結(jié)穩(wěn)定性及抗壓強(qiáng)度，避免出現(xiàn)煤壁片幫、頂板破碎現(xiàn)象；對(duì)工作面施工超前管棚支護(hù)，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)力區(qū)頂板超前支護(hù)作用，防止了回采期間出現(xiàn)頂板冒落，保證了液壓支架工作阻力及初撐力，提高了支架支護(hù)效果。