綜采工作面過斷層回采工藝優(yōu)化應(yīng)用

龔志剛

（山西焦煤霍州煤電臨汾宏大礦業(yè)有限公司，山西臨汾 041000）

1 概述

臨汾宏大礦業(yè)公司雪坪煤礦8302工作面位于三采區(qū)西南部，東部為三采區(qū)皮帶巷，南部為軌道大巷，西部為5302順槽，北部為實體煤。

8302 工作面回采長度為733m，傾向長度為185m，工作面回采煤層為9#+10#+11#合并煤層，9#煤層位于太原組下段頂部，K2灰?guī)r之下，上距2 號煤層74.08～82.17m，平均80m，煤層厚度0.86～1.20m，平均1m，結(jié)構(gòu)簡單，不含夾矸，為全區(qū)穩(wěn)定可采煤層，煤層頂板為K2石灰?guī)r，底板為泥巖。10#+11#煤層位于太原組下段，上距9#煤層0.75～1.2m，平均1.0m，煤層厚度5.06～5.97m，平均5.6m，結(jié)構(gòu)較簡單，含0～3夾矸，為全區(qū)穩(wěn)定可采煤層。煤層頂板為石灰?guī)r，底板為泥巖、炭質(zhì)泥巖。煤層硬度系數(shù)（f）2～2.5。合并煤層頂?shù)装鍘r性如表1所示。

8302工作面回采至480m處揭露一條F4正斷層，斷層落差為1.7m，傾角為52°，工作面回采至462m處進(jìn)入斷層影響區(qū)，斷層對工作面影響長度為54m。8302 工作面采用綜合機(jī)械化回采工藝，工作面過F4斷層時初步采用強(qiáng)行破巖法。

2 工作面原回采工藝主要存在的問題

（1）設(shè)備故障率高：通過現(xiàn)場勘查發(fā)現(xiàn)，8302 工作面揭露的F4斷層前方為下降盤，揭露斷層巖體為粗砂巖，巖體厚度為1.7m，通過對斷層區(qū)巖體采取單軸抗壓試驗發(fā)現(xiàn)，巖體抗壓強(qiáng)度為62MPa，巖體硬度高，采用采煤機(jī)進(jìn)行強(qiáng)行破巖時，破巖效率低且采煤機(jī)截割難度大，采煤機(jī)截齒損壞嚴(yán)重，設(shè)備故障率高。

（2）煤柱損失嚴(yán)重：由于工作面揭露的F4斷層巖體厚度為1.7m，工作面采煤高度為3.5m，采用強(qiáng)行破巖法過斷層時采煤厚度為1.8m，而斷層上盤煤體下移，回采期間下方煤體隨工作面推移甩入采空區(qū)內(nèi)，通過計算工作面強(qiáng)行破巖法過斷層時甩入采空區(qū)煤體達(dá)1.3×104t，造成工作面煤柱回采率低；同時增加了工作面破巖量，導(dǎo)致原煤中含矸石率高，增加了洗選負(fù)荷。

（3）圍巖破碎嚴(yán)重：采用強(qiáng)行破巖法過斷層，采用液壓支架進(jìn)行頂板支護(hù)時，受斷層牽引影響，在過斷層前后20m范圍圍巖破碎嚴(yán)重，支架支護(hù)效果差，很容易出現(xiàn)頂板破碎、垮落現(xiàn)象，通過前期回采現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，工作面回采至470m 處時進(jìn)入斷層應(yīng)力區(qū)，工作面進(jìn)入斷層應(yīng)力區(qū)后圍巖出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象，主要表現(xiàn)在煤壁片幫，造成端面距加大，端面頂板支護(hù)不及時造成頂板破碎嚴(yán)重。

（4）回采效率低：由于工作面揭露的斷層巖體硬度高、厚度大，采用采煤機(jī)強(qiáng)行破巖時回采速度慢，通過前期回采現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，工作面進(jìn)入斷層應(yīng)力區(qū)后工作面回采速度不足3.2m/d，回采效率低。

3 工作面回采工藝優(yōu)化及支護(hù)技術(shù)

3.1 回采工藝優(yōu)化

為了提高工作面過斷層回采效率，減少采煤機(jī)破巖量，決定對工作面過斷層回采工藝進(jìn)行優(yōu)化，采取俯斜回采工藝。

（1）8302工作面回采至465m處時開始采用俯斜回采工藝，工作面俯斜回采前需對工作面機(jī)道內(nèi)浮煤清理干凈，并調(diào)整工作面?zhèn)涡保_保工作面平直，同時將液壓支架移架到位，支架離煤壁最大距離不得大于0.3m。

（2）工作面支架移架到位后開始調(diào)整工作面回采角度，采煤機(jī)以15°俯角下山掘進(jìn)，俯斜回采期間工作面頂、底板以同樣俯角變化，保證工作面回采高度為3.5m。

（3）工作面俯斜回采期間應(yīng)控制采煤機(jī)截割深度，截割范圍控制在0.5m 范圍內(nèi)，俯斜回風(fēng)時每回采50m及時進(jìn)行移架，防止工作面俯斜頂板空頂時間長出現(xiàn)頂板垮落事故。

（4）當(dāng)工作面俯斜回采20m 后且揭露斷層上盤煤體頂?shù)装鍟r，再次調(diào)整采煤機(jī)回采角度以近水平回采，如圖1所示；工作面俯斜回采過程中應(yīng)對斷層前后10m范圍內(nèi)圍巖加強(qiáng)支護(hù)。

圖1 8302工作面過F4斷層俯斜回采示意圖（單位：mm）

3.2 過斷層期間支護(hù)技術(shù)

由于工作面俯斜回采時需預(yù)留斷層下盤頂煤，而工作面回采的煤層為9#～11#煤層合并煤層，煤層整體穩(wěn)定性差，易破碎，在留頂煤時很容易出現(xiàn)垮落；所以決定對俯斜段頂板采取“注漿+超前管棚”聯(lián)合支護(hù)技術(shù)

3.2.1 注漿加固

（1）由于工作面俯斜期間頂煤在構(gòu)造應(yīng)力、回采應(yīng)力等幾種應(yīng)力作用下很容易出現(xiàn)垮落，所以需對仰斜段頂板采取注漿加固，注漿孔布置在煤壁上距頂板間距為0.6m。

（2）工作面俯斜期間采用手持式鉆機(jī)對俯斜頂板施工注漿鉆孔，每排布置三個注漿孔，孔間距為2.0m，鉆孔深度為5.0m，直徑為45mm，鉆孔布置仰角為50°。

（3）注漿鉆孔施工完后對鉆孔內(nèi)安裝注漿花管并在孔口處采用膨脹水泥對花管進(jìn)行固定，注漿花管長度為2.5m，采用無縫鋼管焊制而成，管直徑為42mm，花管四周均勻布置注漿小孔。

（4）在注漿花管端頭安裝閥門并連接注漿軟管以及注漿泵，注漿采用馬麗散與催化劑混合的有機(jī)化學(xué)材料，注漿壓力為3.0MPa，注漿2h 后工作面方可繼續(xù)回采，工作面每推進(jìn)3.0m施工一排注漿孔。

3.2.2 超前管棚支護(hù)

工作面俯斜回采期間頂板出現(xiàn)嚴(yán)重超前破壞，而原支架在俯斜段支護(hù)效果差，無法實現(xiàn)超前支護(hù)作用，所以決定對俯斜段頂板采取超前管棚支護(hù)。

（1）超前管棚支護(hù)體采用無縫鋼管焊制而成的，支護(hù)體為中空狀，長度為2.0m，直徑為30mm，管棚支護(hù)體一端為實芯銷尖狀，主要用于插入巖體內(nèi)。

（2）工作面俯斜回采時對頂板施工一排超前管棚支護(hù)鉆孔，鉆孔深度為1.8m，直徑為32mm，鉆孔布置間距為1.0m，鉆孔布置俯角為15°。

（3）超前管棚支護(hù)鉆孔施工完后對鉆孔內(nèi)安裝支護(hù)體，并在端頭處采用錨桿進(jìn)行固定，如圖2所示；若圍巖破碎管棚安裝后出現(xiàn)松動時可對管棚支護(hù)體進(jìn)行錨固。

圖2 8302工作面過斷層區(qū)頂支護(hù)示意圖（單位：mm）

4 結(jié)束語

宏大礦業(yè)公司雪坪煤礦8302工作面在過F4斷層期間通過合理優(yōu)化回采工藝，并在過斷層期間頂板采取聯(lián)合支護(hù)技術(shù)后，通過實際應(yīng)用效果來看，取得了顯著應(yīng)用成效：

（1）采取俯斜回采工藝后，工作面減少了破巖量，提高了工作面回采率，通過計算發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)強(qiáng)行破巖法相比，回采工藝優(yōu)化后工作面可增加煤柱回采量達(dá)1.27×104t。

（2）對俯斜段頂板采取注漿、超前管棚聯(lián)合支護(hù)后，提高了俯斜段頂板整體穩(wěn)定性，防止了因采動及斷層影響出現(xiàn)頂板垮落事故，提高了俯斜段支架支護(hù)強(qiáng)度。