綜采工作面快速過(guò)斷層技術(shù)研究

熊方權(quán)

（山西潞安集團(tuán)蒲縣隰東煤業(yè)有限公司， 山西 蒲縣 041200）

引言

井工開(kāi)采時(shí)回采工作面常揭露斷層、褶曲等地質(zhì)構(gòu)造，斷層不僅會(huì)影響煤層及頂?shù)装鍘r層連續(xù)性，而且在斷層破碎帶附近煤巖體裂隙發(fā)育、構(gòu)造應(yīng)力集聚，給煤炭安全回采帶來(lái)一定制約[1-3]?，F(xiàn)階段礦井常用的綜采工作面過(guò)斷層技術(shù)有強(qiáng)行破巖法、重開(kāi)切眼法等，采面選用的過(guò)斷層技術(shù)應(yīng)與煤層及斷層賦存條件、煤層開(kāi)采工藝等相適應(yīng)[4-7]。本文以山西某礦11029 綜采工作面過(guò)F4正斷層為工程實(shí)例，對(duì)采取的過(guò)斷層技術(shù)進(jìn)行分析探討，以期為后續(xù)采面過(guò)斷層提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。

1 工程概況

11029 綜采工作面為11 號(hào)煤層二采區(qū)最后一個(gè)回采工作面，采面設(shè)計(jì)走向推進(jìn)長(zhǎng)度1 560.8 m、傾向長(zhǎng)度154.5 m，采面東側(cè)、北側(cè)均為采區(qū)邊界，南側(cè)為11207 采空區(qū)，西側(cè)為采區(qū)集中巷道。11 號(hào)煤頂?shù)诪镵2灰?guī)r、砂質(zhì)泥巖及細(xì)砂巖等，煤層厚度4.0 m，賦存穩(wěn)定。采面與斷層位置關(guān)系，如圖1 所示。

圖1 采面與斷層位置關(guān)系示意圖

工作面綜采設(shè)備為采煤機(jī)MG300/730-WD 型、液壓支架 ZZ6800/22/42 型、 刮板輸送機(jī)SGZ-764/264 型。根據(jù)采面回采巷道揭露地層情況及已有物探、鉆探資料顯示，11029 工作面回采范圍內(nèi)存在多處斷層，其中F1～F3斷層落差均在0.5 m以?xún)?nèi)，對(duì)采面回采影響較?。籉4斷層傾角55°、落差1.7 m 且斜穿整個(gè)工作面，對(duì)采面煤炭回采影響較為顯著。采面過(guò)斷層期間受到煤巖體穩(wěn)定性差影響，導(dǎo)致頂板局部冒落、煤壁片幫等問(wèn)題，采面推進(jìn)速度較慢。為確保采面安全高效通過(guò)F4斷層，擬綜合使用松動(dòng)爆破+圍巖注漿+撞鍥+吊棚支護(hù)等方式對(duì)弱化帶層帶巖體并對(duì)不穩(wěn)定圍巖進(jìn)行控制。

2 采面快速過(guò)斷層技術(shù)方案

2.1 松動(dòng)爆破

F4斷層為落差1.7 m 正斷層，11029 綜采工作面在過(guò)斷層期間會(huì)揭露底板砂巖，由于該層砂巖較為堅(jiān)硬，若采煤機(jī)直接截割不僅破巖效率低，而且推進(jìn)速度緩慢。為此，提出使用松動(dòng)爆破方式輔助采面過(guò)斷層。

在11029 工作面與斷層相距20 m 時(shí)，對(duì)采面進(jìn)行調(diào)斜，具體調(diào)斜角度為11°，確保調(diào)斜后采面與F4斷層平行。采面調(diào)斜到位后進(jìn)行俯斜破巖開(kāi)采，為了降低采面破底留頂時(shí)對(duì)頂板穩(wěn)定性影響，具體采用分層松動(dòng)爆破方式弱化斷層帶巖體強(qiáng)度。具體在采面布置四排松動(dòng)爆破鉆孔，具體鉆孔布置如下頁(yè)圖2 所示。第一排松動(dòng)爆破鉆孔位于采面頂板下方0.5 m 處，爆破孔間、排距分別為2 000 mm、1 000 mm，鉆孔孔深均為1 200 mm、孔徑均為43 mm。單個(gè)松動(dòng)爆破孔內(nèi)均裝入300 g 乳化炸藥。松動(dòng)爆破時(shí)先引爆采面下部?jī)膳潘蓜?dòng)爆破鉆孔，待松動(dòng)爆破距離達(dá)到50 m 時(shí)再起爆上部?jī)膳潘蓜?dòng)爆破鉆孔。采面俯斜爆破回采20 m 后預(yù)計(jì)采面會(huì)揭露F4斷層上盤(pán)底板，此時(shí)采面應(yīng)調(diào)整開(kāi)采角度，確?；夭上锏琅c采面垂直。

圖2 俯斜松動(dòng)爆破鉆孔布置示意圖（單位：mm）

2.2 圍巖補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)

在采面俯斜松動(dòng)爆破過(guò)斷層期間，在斷層破碎帶內(nèi)煤巖體穩(wěn)定性整體較差，容易出現(xiàn)冒頂事故。為確保采面頂板巖層穩(wěn)定性，綜合使用圍巖注漿+撞鍥+吊棚方式對(duì)頂板巖層進(jìn)行強(qiáng)化支護(hù)。具體支護(hù)設(shè)計(jì)如圖3 所示。

圖3圍巖補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)設(shè)計(jì)斷面圖

2.2.1 圍巖注漿

圍巖注漿選擇使用馬麗散漿液，該種注漿材料具有可注性強(qiáng)、膠結(jié)效果顯著等優(yōu)點(diǎn)。選擇使用2ZBQ20/5 注漿泵進(jìn)行注漿，注漿液中馬麗散、催化劑間按照1∶1 質(zhì)量配比混合。采面內(nèi)距離頂板0.5 m位置開(kāi)始施工注漿鉆孔，鉆孔孔深、間距分別為5.0 m、3.0 m，仰角均為45°。注漿壓力3.0 MPa，單孔注漿時(shí)間10～15 min。

2.2.2 撞鍥布置

撞鍥施工的主要目的是避免頂板在超前采動(dòng)應(yīng)力作用下出現(xiàn)破碎、垮落事故。在采面距離頂板0.3 m位置施工一排孔深3.0 m、孔徑30 mm、仰角5°超前支護(hù)鉆孔，鉆孔間距均為1.0 m。超前鉆孔施工完畢后向孔內(nèi)插入規(guī)格Φ25 mm×3 000 mm 螺紋鋼錨桿，錨桿錨固后使用2.5 m 夾板將連續(xù)的三根錨桿與頂板固定；撞鍥施工完成后液壓支架帶壓移架。

2.2.3 頂板吊棚支護(hù)

為進(jìn)一步提高頂板巖層穩(wěn)定性，采用恒阻錨索、工字鋼組成吊棚對(duì)頂板巖層進(jìn)行控制。采用的恒阻錨索規(guī)格為Φ21.6 mm×4 000 mm、工字鋼為11 號(hào)工字鋼（長(zhǎng)3.0 m），兩根恒阻錨索懸吊一根工字鋼，錨索間間距設(shè)計(jì)為1 750 mm，并在兩架液壓支架間空隙位置施工恒阻錨索。

采面與斷層相距20 m 位置時(shí)開(kāi)始在采面頂板上施工第一排吊棚，吊棚布置在超前液壓支架前探梁0.15 m 位置，吊棚排距均為2.0 m 并采用邁步式布置。吊棚施工完成后應(yīng)確保工字鋼與頂板密切接觸。

3 應(yīng)用效果

采用俯斜松動(dòng)爆破措施過(guò)斷層較強(qiáng)行破巖法可減少約0.8 m3破巖量，同時(shí)采煤機(jī)無(wú)須直接截割底板破碎巖層，故障率及零部件磨耗率明顯降低；與新開(kāi)切眼相比，可直接降低巷道掘進(jìn)費(fèi)用約300 萬(wàn)元，同時(shí)降低采面綜采設(shè)備搬家次數(shù)及過(guò)斷層時(shí)間。

在11029 綜采工作面采用俯斜松動(dòng)爆破及針對(duì)性圍巖控制措施后，采面共計(jì)耗時(shí)12 d 通過(guò)F4斷層，采面過(guò)斷層期間仍保持4.0 m/d 推進(jìn)速度，整體推進(jìn)速度較快，實(shí)現(xiàn)了采面安全、快速過(guò)斷層目的。采面俯斜松動(dòng)爆破過(guò)斷層期間頂板及液壓支架始終保持穩(wěn)定，未出現(xiàn)支架傾倒、頂板冒落等問(wèn)題。

4 結(jié)論

1）斷層是制約采面煤炭開(kāi)采的常見(jiàn)構(gòu)造類(lèi)型，針對(duì)11029 綜采工作面與F4斷層賦存情況、采面開(kāi)采技術(shù)等，提出使用俯斜松動(dòng)爆破方式過(guò)斷層；針對(duì)斷層破碎帶頂板巖層穩(wěn)定性較差，容易冒頂?shù)葐?wèn)題，提出綜合使用圍巖注漿+撞鍥+吊棚等方式對(duì)圍巖進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固。

2）針對(duì)采面具體情況，對(duì)俯斜松動(dòng)爆破技術(shù)方案、采面頂板圍巖支護(hù)方案等進(jìn)行設(shè)計(jì)?，F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，采面過(guò)斷層期間仍可保持4.0 m/d 推進(jìn)速度，頂板巖層及液壓支架始終保持穩(wěn)定，采煤機(jī)磨耗量及故障發(fā)生率等均明顯降低，實(shí)現(xiàn)了采面安全、快速過(guò)斷層目標(biāo)。