綜采工作面過斷層回采工藝及圍巖控制

李致周

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)王家?guī)X煤業(yè)有限公司， 山西 忻州 036600）

引言

斷層是綜采工作面常見地質(zhì)構(gòu)造之一，斷層侵入煤層后破壞了煤體連續(xù)穩(wěn)定性，使斷層兩盤煤巖體出現(xiàn)空間圍巖，同時斷層附近煤巖體在斷層應(yīng)力作用下出現(xiàn)破碎失穩(wěn)現(xiàn)象。當(dāng)工作面在揭露斷層前后時，受構(gòu)造應(yīng)力、回采應(yīng)力等集中應(yīng)力作用，煤體出現(xiàn)嚴(yán)重變形、破碎現(xiàn)象，常見的主要表現(xiàn)在煤壁大面積片幫、頂板斷裂破碎、頂板冒漏等，不僅增加了工作面回采難度、降低了工作面回采效率，而且工作面液壓支架過圍巖破碎區(qū)時，支架初撐力及工作阻力達(dá)不到設(shè)計值，支架頂梁與頂板之間出現(xiàn)空距，降低了支架支護(hù)強(qiáng)度，嚴(yán)重威脅工作面安全高效回采，所以對于工作面過斷層、陷落柱等地質(zhì)構(gòu)造期間，采取合理有效的回采工藝及控制技術(shù)，對工作面安全回采具有重要意義。

1 王家?guī)X煤礦18104 工作面概況

晉能控股煤業(yè)集團(tuán)王家?guī)X煤礦18104 工作面位于井田一采區(qū)，工作面北部為石塘村、石塘河保護(hù)煤柱及設(shè)計的開拓運輸巷，南部73 m 為井田邊界，西部為設(shè)計的18106 回采工作面，東部為18102 工作面采空區(qū)。

18104 工作面設(shè)計走向長度為1616 m，傾向長度為300 m，工作面回采煤層為山西組4 號煤層，煤層平均厚度為5.66 m，平均傾角為5°，4 號煤層呈黑色、油脂光澤或瀝青光澤，均一結(jié)構(gòu)，參差狀至平坦?fàn)顢嗫?，塊狀構(gòu)造，韌性和硬度較大，平均密度1.44 g/cm3，以暗煤為主、亮煤次之，鏡煤呈線理或透鏡體。4 號煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一般含2～4 層夾矸，以炭質(zhì)泥巖、砂質(zhì)泥巖為主。4 號煤層存在偽頂，以炭質(zhì)泥巖、泥巖和煤線為主，平均厚度為0.7 m；直接頂以砂質(zhì)泥巖、泥巖為主，平均厚度為5.0 m；基本頂以中粒砂巖、細(xì)粒砂巖為主，平均厚度為6.13 m。

18104 工作面采用走向長壁后退式綜合機(jī)械化放頂煤采煤方法，隔三放二分段單輪間隔放煤方式，全部垮落法管理頂板。遇地質(zhì)條件變化時，根據(jù)現(xiàn)場情況適當(dāng)調(diào)整。工作面采用MG650/1620-WD 型采煤機(jī)及ZF16000/23/43D 型液壓支架進(jìn)行頂板支護(hù)，截至目前工作面已回采620 m。

2 工作面回采工藝優(yōu)化

2.1 工作面回采現(xiàn)狀

18104 工作面回采至594 m 處，位于工作面中部揭露一條F2 正斷層，斷層落差為1.4 m，傾角為48°，斷層侵入后造成煤體下移，工作面揭露斷層后實測工作面64～92 號支架前方煤壁出現(xiàn)巖體，巖體從頂板往下厚度為1.2 m，以粗砂巖為主，巖體單軸抗壓強(qiáng)度超過55 MPa，硬度高，呈灰白色。通過對工作面鉆探發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)2 斷層對工作面回采影響長度為62 m。

18104 工作面在揭露斷層時采用采煤機(jī)強(qiáng)行破巖法進(jìn)行回采，但是通過實際應(yīng)用效果來看，由于工作面揭露的斷層巖體硬度高，采用采煤機(jī)破巖難度大。統(tǒng)計表明，18104 工作面從594～610 m 段采煤機(jī)強(qiáng)行破巖時，共計更換42 個截齒，切割電機(jī)因負(fù)荷發(fā)熱自動停機(jī)3 次，影響回采時間達(dá)5.6 h，工作面采用強(qiáng)行破巖時回采效率不足3.0 m/d。

2.2 爆破與機(jī)械聯(lián)合回采

1）首先采用風(fēng)動鉆機(jī)對64～92 號支架前方巖體施工一排松動爆破鉆孔，鉆孔垂直巖體布置，鉆孔深度為1.2 m、直徑為35 mm，鉆孔布置間距為2.0 m，每排共計布置25 個爆破鉆孔。

2）爆破鉆孔施工完后，對每個鉆孔內(nèi)填裝一支礦用乳化炸藥及一支毫秒延期電雷管，雷管采用正向裝藥方式，每個鉆孔裝藥量為300 g，待雷管及炸藥填裝完后，對孔口采用膨脹水泥進(jìn)行封堵，封堵長度為0.5 m。

3）裝藥完成后進(jìn)行爆破施工，每次爆破炮孔數(shù)量不得超過5 個，工作面爆破完成后采用采煤機(jī)割底煤，從而減少了采煤機(jī)破巖量，降低了采煤機(jī)故障率；工作面每割一刀煤后及時進(jìn)行一次松動爆破。

3 斷層帶頂板支護(hù)技術(shù)

工作面在過斷層期間由于受爆破振動及構(gòu)造應(yīng)力影響，工作面頂板出現(xiàn)破碎、垮落現(xiàn)象，所以決定對工作面過斷層期間頂板采取“錨索吊棚+超前管棚”聯(lián)合支護(hù)措施[1-3]。

3.1 超前管棚支護(hù)

1）工作面爆破施工前采用風(fēng)動鉆機(jī)在工作面設(shè)計頂板施工一排垂直煤壁的超前管棚支護(hù)鉆孔，鉆孔深度為3.2 m、直徑為35 mm，布置間距為1.0 m。

2）超前支護(hù)鉆孔施工完后，對鉆孔內(nèi)插入超前支護(hù)體，超前支護(hù)體主要為直徑32 mm、長度3.5 m的無縫鋼管，超前支護(hù)體安裝后必須與煤壁垂直，上下仰角偏差不得大于3°，具體如圖1 所示。

圖1 18104 工作面過斷層期間頂板聯(lián)合支護(hù)平面示意圖

3）超前管棚支護(hù)施工完后工作面方可爆破施工，工作面在移架過程中支架頂梁緊貼超前管棚支護(hù)進(jìn)行帶壓擦頂移架。

3.2 錨索吊棚施工

工作面在回采過程中受構(gòu)造應(yīng)力、回采應(yīng)力影響，工作面端面出現(xiàn)破碎現(xiàn)象，導(dǎo)致支架頂梁鏤空、支架阻力不達(dá)標(biāo)，降低支架支護(hù)效果，所以決定對工作面端面破碎頂板施工邁步式錨索吊棚。

1）18104 工作面施工的錨索吊棚主要由一根長度為3.5 m、寬度為0.11 m 工字鋼梁和兩根長度為4.3 m、直徑為17.8 mm 的鋼絞線組成，鋼梁上焊制兩個錨索支護(hù)孔，孔間距為1.75 m。

2）錨索吊棚與工作面平行布置，首先在工作面相鄰兩架支架之間施工錨索支護(hù)孔，孔深為4.0 m，錨索施工完后在錨索外露端安裝一根工字鋼梁，并采用鎖具進(jìn)行預(yù)緊。

3）錨索吊棚布置間距為1.0 m，布置排距為1.5 m，相鄰兩排錨索吊棚邁步式布置。

4 結(jié)論

1）通過對工作面過斷層回采工藝進(jìn)行優(yōu)化后，大大降低了采煤機(jī)破巖量及設(shè)備故障率，通過現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，工作面后期回采過程中共計更換8 個截齒，未發(fā)生一起因截割負(fù)荷出現(xiàn)停機(jī)的現(xiàn)象，設(shè)備故障率降低至5%以下。

2）對工作面過斷層期間頂板采取“錨索吊棚+超前管棚”聯(lián)合支護(hù)措施后，有效控制了頂板破碎現(xiàn)象，大大提高了液壓支架過破碎區(qū)初撐力及工作阻力，保證了液壓支架支護(hù)效果。