綜采工作面過地質(zhì)構(gòu)造破碎帶技術(shù)研究

楊闊晨

（汾西礦業(yè)宜興煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 孝義 032300）

綜采是現(xiàn)階段礦井最為普遍開采工藝，具有機(jī)械化程度高、勞動強(qiáng)度低以及安全系數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)，作業(yè)人員處于液壓支架保護(hù)環(huán)境下工作[1-2]。但是當(dāng)綜采工作面回采遇地質(zhì)構(gòu)造時，掘進(jìn)范圍內(nèi)圍巖破碎，存在頂板冒落或者煤壁片幫等安全風(fēng)險，從而給綜采工作面回采安全帶來一定影響[3-5]。礦井回采時常見構(gòu)成類型包括斷層、褶曲以及陷落柱等，若采用跳采法即重新開掘切眼方式過地質(zhì)構(gòu)造則存在煤炭資源浪費(fèi)、經(jīng)濟(jì)效益不佳等問題，因此對于落差不大的斷層或者影響范圍較小的陷落柱一般采用平推直過方法[6-7]。文中就以山西某礦11201 綜采工作面回采過DF19斷層破碎帶為工程實(shí)例，對采面過斷層技術(shù)以及采用的安全措施進(jìn)行分析，以期為其他礦井類似采面過斷層提供經(jīng)驗(yàn)參考。

1 工程概況

某礦11201 綜采工作面埋深平均380 m，采面設(shè)計走向推進(jìn)長度890 m、傾向長度226 m，開采11 號煤層，煤層厚度平均4.2 m、傾角平均5°。11 號煤層頂?shù)装鍘r性以粉砂巖、砂質(zhì)泥巖為主，具體11 號煤層頂?shù)装鍘r性參數(shù)見表1 所示。根據(jù)回采巷道揭露地層情況以及瓦斯抽采鉆孔探測情況預(yù)測，11201 綜采工作面在回采過程中會揭露F18、F19，其中F19 斷層對采面回采影響明顯，具體采面開采的11 號煤層與斷層位置關(guān)系見圖1 所示。在F19 斷層破碎帶內(nèi)煤巖體裂隙發(fā)育，為此，文中對采面過F19 斷層以及破碎帶圍巖控制技術(shù)展開分析。

表1 11 號煤層頂?shù)装鍘r性

圖1 11 號煤層及斷層地質(zhì)剖面圖

2 綜采工作面過F19 斷層技術(shù)

2.1 采面回采高度的調(diào)整

11201 綜采工作面具有開采高度大特點(diǎn)，頂板控制難度相對較高，特別是采面回采推進(jìn)至斷層破碎帶時，如何確保頂板穩(wěn)定并減少采煤機(jī)矸石截割量是重要重點(diǎn)考慮的問題。為此，提出在采面與F19 斷層相距一定距離時即開始調(diào)整開采角度，考慮到采面內(nèi)液壓支架、采煤機(jī)以及刮板輸送機(jī)穩(wěn)定性，設(shè)計起坡角度應(yīng)控制在13°以內(nèi)，具體采面開始起坡位置可通過下述公式計算：

式中：β 為采面起坡角，（°）；α 為開采的11 號煤層傾角，（°）；H 為揭露的F19 斷層落差，m；L 起坡點(diǎn)與斷層距離，m。

根據(jù)11201 綜采工作面以及揭露的F19 斷層參數(shù)，確定合理的起坡距離為20 m。在采面回采至F19斷層附近時，液壓支架在構(gòu)造應(yīng)力作用下會有所增加，甚至部分液壓支架安全閥開啟。為避免頂板位置矸石冒落甚至液壓支架出現(xiàn)壓架問題，在采面回采推進(jìn)至F19 斷層破碎帶期間將回采高度降低至3.5 m，具體見圖2 所示。同時采用支柱穿鞋、連鎖棚、布置帶帽戧柱等方式強(qiáng)化頂板巖層控制；適當(dāng)減少液壓支架水平支護(hù)力，將最大水平支護(hù)力降低至500 kN，從而降低支架傾倒風(fēng)險。

2.2 破碎帶注漿加固

在11201 綜采工作面過F19 斷層破碎帶期間，為提高破碎帶內(nèi)煤巖體強(qiáng)度并形成一個完整的、具有一定承載能力的結(jié)構(gòu)，提出采用超前注漿方式對破碎帶進(jìn)行加固。注漿孔沿著采面傾斜方向均勻布置，注漿孔間隔距離設(shè)計為3 m、孔深設(shè)計為10 m、仰角15°，鉆孔開孔布置在頂板下方2.5 m 處，具體布置見圖2所示。

圖2 采面調(diào)整采高及注漿鉆孔布置示意圖

注漿選擇水泥-水玻璃雙液漿，水泥漿水灰質(zhì)量比設(shè)計為0.6∶1.0，添加的水玻璃模數(shù)為2.8～3.2、濃度48～55°Bé。具體在過F19 斷層破碎帶期間注漿流程見圖3 所示。

圖3 注漿工藝流程

注漿鉆孔封孔深度初步設(shè)計為0.8 m，具體封孔深度可根據(jù)現(xiàn)場條件調(diào)整。注漿壓力過大或?qū)е聡鷰r產(chǎn)生新的裂隙、壓力過小則注漿時間過長、注漿量過小，本次注漿根據(jù)工程類比法確定，設(shè)計為6～8 MPa。鉆孔注漿時若長時間內(nèi)不升壓，則注漿采用間歇方式，間歇時間應(yīng)小于注漿材料初凝時間。注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)為注漿達(dá)到設(shè)計壓力、注漿口漏漿嚴(yán)重或者采面煤壁漿液出現(xiàn)外滲。

2.3 頂板管理措施

在11201 綜采工作面過斷層破碎帶期間，為避免頂板冒落以及煤壁片幫等問題發(fā)生，應(yīng)嚴(yán)格控制采面液壓支架支撐性能，確保支架頂梁與頂板密切接觸，采煤機(jī)割煤完成后及時伸出護(hù)幫板給煤壁一定的水平支護(hù)力。液壓支架前移過程中應(yīng)盡量采用帶壓移架，若現(xiàn)場帶壓移架存在困難時則應(yīng)盡量減少支架沉降量并通過快速移動、快速升架對頂板進(jìn)行支撐。

3 采面過斷層破碎帶效果分析

11201 綜采工作面采用文中所述過斷層以及破碎帶圍巖加固措施后，采面過斷層效率以及安全系數(shù)均得以提升。相對于傳統(tǒng)的過斷層技術(shù)方法，文中所提方案可減少斷層時間約5 d，同時采面在過斷層破碎帶期間頂板、巷幫始終保持穩(wěn)定，未出現(xiàn)頂板、液壓支架失穩(wěn)，煤壁片幫等情況?，F(xiàn)場應(yīng)用實(shí)踐表明，文中所提采面過斷層技術(shù)具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，可滿足采面過斷層破碎帶圍巖控制需求，并可為采面高效回采創(chuàng)造良好條件。

4 結(jié)論

以某礦11201 綜采工作面過F19 斷層破碎帶為工程背景，根據(jù)采面與斷層位置關(guān)系、采面開采情況，提出采用仰斜開采方式過F19 斷層，并通過調(diào)整采高、破碎帶煤巖體注漿等方式降低采面過斷層期間礦壓顯現(xiàn)強(qiáng)度以及圍巖控制難度。現(xiàn)場應(yīng)用后，某礦11201 綜采工作面得以安全快速通過F19 斷層，期間采面未出現(xiàn)頂板冒落、液壓支架失穩(wěn)以及煤壁片幫等問題。