綜采工作面仰采過(guò)斷層技術(shù)應(yīng)用

譚敏亮

（山西陽(yáng)城陽(yáng)泰集團(tuán)西溝煤業(yè)有限公司，山西 陽(yáng)城 048100）

綜采工作面過(guò)斷層期間，因煤巖體連續(xù)性受構(gòu)造影響而破壞，且斷層附近煤巖體力學(xué)性質(zhì)被改變，巖石硬度及抗壓強(qiáng)度降低，導(dǎo)致斷層及其附近煤巖體較為破碎，回采期間易發(fā)生頂板事故[1-2]。 此外，過(guò)斷層方案不合理或措施不到位，會(huì)出現(xiàn)推進(jìn)速度慢、原煤回采率低、設(shè)備故障率高等問(wèn)題[3]。因此，綜采工作面過(guò)斷層前必須制定合理的過(guò)斷層方案及安全管控措施，以確保工作面安全、高效過(guò)斷層，并最大限度減少過(guò)斷層期間的煤炭資源的丟失。 以王莊煤礦2301 工作面過(guò)F7正斷層為例，提出調(diào)斜仰采的高效、安全過(guò)斷層方案及相應(yīng)安全管控措施。

1 概況

1.1 工作面基本情況

王莊煤礦2301 綜采工作面位于井田東二盤區(qū)，工作面設(shè)計(jì)走向長(zhǎng)度1 680 m，傾向長(zhǎng)度175 m。 主采2#煤層，煤層均厚2.8 m，硬度系數(shù)0.25，為松軟煤層。 直接頂為炭質(zhì)泥巖，平均厚度1.2 m，硬度系數(shù)1.5。 基本頂為粉砂巖，平均厚度9.7 m，硬度系數(shù)7.5。 直接底為泥巖，硬度系數(shù)1.5。回采工作面采用MG400/930-QWD 型無(wú)鏈電牽引采煤機(jī)，采用ZFG6400/21/32 型液壓支架。

1.2 斷層特征

根據(jù)2301 工作面掘進(jìn)期間及鉆孔探測(cè)地質(zhì)資料顯示，2301 工作面運(yùn)輸順槽1 235 m 處及回風(fēng)順槽1 247 m 處揭露F7正斷層，斷層最大落差1.8 m，斷盤線傾角45°，與工作面傾向方向夾角為7°。斷層及其附近受構(gòu)造影響圍巖松軟破碎，斷層無(wú)次生構(gòu)造，無(wú)水。 工作面布置及斷層如圖1 所示。

圖1 2301 工作面布置及斷層平面

2 過(guò)斷層期間技術(shù)難題分析

1）頂板管理難度大：由于斷層及其附近圍巖破碎，過(guò)斷層期間，受采動(dòng)影響及構(gòu)造應(yīng)力變化易出現(xiàn)頂部煤巖體冒落，可能發(fā)生頂板事故。

2）推進(jìn)度慢：一是受頂板管理難度大的影響，回采期間可能發(fā)生頂部煤巖體掉落導(dǎo)致局部支架不接頂，帶壓移架期間可能發(fā)生支架受損，移架困難。 二是過(guò)斷層期間局部需采煤機(jī)截割煤層頂板或底板巖石，截割速度慢、深度低，且破巖截割期間需每半個(gè)小時(shí)停機(jī)冷卻，影響工作面推進(jìn)度。

3）設(shè)備易損壞：過(guò)斷層期間，因破巖量較大，對(duì)采煤機(jī)截齒磨損較嚴(yán)重，截齒更換成本增高；截割巖體期間震動(dòng)、 沖擊易對(duì)截割部密封等部位造成損壞[4]；大塊矸石掉落在運(yùn)輸機(jī)上易損壞刮板槽及刮板鏈，運(yùn)輸期間易發(fā)生卡鏈及運(yùn)輸機(jī)磨損。 增加設(shè)備維修成本。

4）原煤回采率低：由于該斷層貫穿整個(gè)2301工作面，落差達(dá)到1.8 m，若采用傳統(tǒng)強(qiáng)行破頂過(guò)斷層法，最大丟煤厚度達(dá)1.8 m，至工作面全部過(guò)完斷層，經(jīng)計(jì)算將丟失原煤約0.01 2 Mt，經(jīng)濟(jì)損失約780 萬(wàn)元。

3 調(diào)斜仰采過(guò)斷層

為最大限度地解決過(guò)F7斷層期間的各項(xiàng)技術(shù)難題，確保工作面安全、高效過(guò)斷層，經(jīng)對(duì)F7斷層特征進(jìn)行全面分析，結(jié)合回采工藝，制定調(diào)斜仰采過(guò)斷層施工方案。

3.1 工作面調(diào)斜

因F7斷層與回采工作面呈7°夾角，按正常進(jìn)度工作面運(yùn)輸順槽將先揭露F7斷層，此時(shí)工作面進(jìn)入過(guò)斷層階段，持續(xù)回采至回風(fēng)順槽揭露斷層并完全過(guò)完斷層，將造成過(guò)斷層工程量大、效率低，故采取調(diào)斜過(guò)斷層。

調(diào)斜過(guò)斷層以2301 運(yùn)輸順槽側(cè)為旋轉(zhuǎn)點(diǎn)，根據(jù)過(guò)斷層方案及位置關(guān)系計(jì)算，從工作面運(yùn)輸順槽側(cè)距離F7斷層86 m 處開(kāi)始旋轉(zhuǎn)回采，運(yùn)輸順槽側(cè)每循環(huán)截割深度為0.5 m，逐步增大至回風(fēng)順槽側(cè)每循環(huán)截割深度為0.6 m，旋轉(zhuǎn)回采66 m后（距F7斷層20 m）工作面與F7斷層呈平行狀態(tài)后，再正?；夭蛇^(guò)斷層。 通過(guò)工作面調(diào)斜與斷層平行布置后，工作面將實(shí)現(xiàn)一次性全面揭露斷層，便于過(guò)斷層方案的實(shí)施及設(shè)備的統(tǒng)一管理，有利于高效過(guò)斷層。

3.2 仰采過(guò)斷層

根據(jù)F7斷層特征及煤層頂?shù)装鍘r性情況，在充分考慮提高過(guò)斷層段原煤回采率、 減少破巖工程量等方面因素下，通過(guò)計(jì)算，確定采取8°仰采過(guò)斷層。 即工作面通過(guò)全面調(diào)斜后，距F7斷層20 m處開(kāi)始工作面調(diào)整為8°仰采，回采20 m 后工作面揭露斷層下盤，此階段為留底破頂。 繼續(xù)回采20 m 后過(guò)完斷層，然后調(diào)整為水平回采，此階段為托頂破底。 過(guò)完斷層后，按原調(diào)斜方案進(jìn)行反向調(diào)斜，直至工作面與兩巷垂直后正?；夭伞?仰采過(guò)斷層方案如圖2 所示。

圖2 仰采過(guò)斷層剖面

3.3 過(guò)斷層期間頂板管控措施

過(guò)斷層期間，揭露斷層下盤后進(jìn)入托頂破底階段，托頂煤回采期間，受斷層構(gòu)造及回采應(yīng)力影響，頂部煤巖體破碎易冒落，為防止頂部煤巖體冒落造成安全事故以及空頂造成支架不接頂影響支架穩(wěn)定性，必須對(duì)托頂煤部分采取超前錨網(wǎng)索支護(hù)，具體支護(hù)方案及管控措施如下：

（1）當(dāng)工作面揭露斷層下盤并進(jìn)入托頂煤后，立即對(duì)托頂煤部分采用錨桿、錨索進(jìn)行超前支護(hù)，防止頂煤掉落，超前支護(hù)長(zhǎng)度以頂煤不掉落為準(zhǔn)。

（2）錨桿超前支護(hù)：超前支護(hù)錨桿采用φ22 等強(qiáng)螺紋鋼樹(shù)脂錨桿，錨桿長(zhǎng)度2.4 m，配合W鋼帶、鋼筋網(wǎng)支護(hù)，錨桿間距0.8 m，排距0.8 m，采用兩支樹(shù)脂錨固劑錨固 （一支CK2350，一支K2350），錨桿錨固力不得低于70 kN，螺母預(yù)緊力不得低于260 N·m。 W鋼帶型號(hào)為WD180，厚度為3 mm，長(zhǎng)度2.8 m，其間打3 個(gè)φ25 mm 圓孔，孔間距0.8 m，用于穿過(guò)錨桿，W鋼帶沿回采方向布置。

（3）錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)：采用錨桿配W鋼帶超前支護(hù)后，為防止構(gòu)造應(yīng)力變化及采動(dòng)影響造成錨桿托盤松動(dòng)失效，需及時(shí)采取錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)。 錨索采用φ21.6 mm 預(yù)應(yīng)力鋼絞線，長(zhǎng)度4.2 m，錨索托盤為φ350 mm 的圓形托盤，托盤厚度20 mm，錨索間距1.5 m，排距1.5 m。 錨索采用三支樹(shù)脂錨固劑錨固（一支CK2350，兩支K2350），錨索錨固力不得低于100 kN，初始張拉應(yīng)力不得低于20 MPa。錨索配合托架使用，托架長(zhǎng)度3.2 m，其間打3 個(gè)φ25 mm 的圓孔，間距1.5 m，用于穿過(guò)錨索，托架沿工作面傾向布置（與W鋼帶垂直）。

（4）超前支護(hù)錨桿及補(bǔ)強(qiáng)錨索施工，形成超前3 m 的錨網(wǎng)支護(hù)后，采煤機(jī)開(kāi)始割底回采，液壓支架帶壓擦頂移架，將錨網(wǎng)索超前支護(hù)段回采完畢后，繼續(xù)超前錨網(wǎng)索支護(hù)后回采，直至托頂煤段回采結(jié)束。 托頂煤段超前錨網(wǎng)索支護(hù)如圖3所示。

圖3 過(guò)斷層托頂煤回采超前支護(hù)平面

4 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后效果分析

通過(guò)在2301 工作面過(guò)F7斷層期間成功實(shí)施工作面調(diào)斜仰采過(guò)斷層方案后，經(jīng)綜合分析，該方案共取得如下效果：

1）破巖工程量小。 通過(guò)調(diào)斜后仰采過(guò)斷層，斷層下盤的最大割底量為1 m，斷層上盤的最大割頂量為0.8 m，割頂、割底范圍均為硬度較低的炭質(zhì)泥巖及泥巖，割巖期間振動(dòng)、沖擊較小，對(duì)推進(jìn)度影響較小，設(shè)備損壞率降至最低。

2）經(jīng)濟(jì)效益好。仰采過(guò)斷層期間，割頂留底階段最大底煤厚度0.8 m，托頂破底階段頂煤最大厚度為1 m，僅丟失原煤0.004 2 Mt，較常規(guī)過(guò)斷層方法多回采煤炭約0.007 8 Mt，經(jīng)濟(jì)效益約500 萬(wàn)元。

3）實(shí)現(xiàn)安全、高效過(guò)斷層。 通過(guò)調(diào)斜后工作面同時(shí)揭露斷層并快速過(guò)斷層，采用合適的仰采角避免大量割巖，實(shí)現(xiàn)高效過(guò)斷層。 通過(guò)錨網(wǎng)索超前支護(hù)，過(guò)斷層期間未發(fā)生冒頂、片幫事故，實(shí)現(xiàn)了安全過(guò)斷層。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)分析2301 工作面F7斷層特征，提出工作面調(diào)斜仰采過(guò)斷層方案，工作面調(diào)斜后可同時(shí)揭露斷層并快速過(guò)斷層，合適的仰采角可減少破巖工程量，提高過(guò)斷層期間推進(jìn)度及降低設(shè)備故障率，最大限度降低了原煤丟失量，通過(guò)超前錨網(wǎng)索支護(hù)，避免了過(guò)斷層期間冒頂、片幫事故發(fā)生，實(shí)現(xiàn)了安全、高效過(guò)斷層。