综采工作面过断层顶板控制措施研究

2018-09-11郭太斌

山东煤炭科技 2018年7期

郭太斌

（山西焦煤集团西山煤电古交西曲矿，山西古交 030200）

综采工作面在过断层构造时受构造应力、围岩应力以及采动压力影响，断层上下盘附近顶板煤岩体出现破碎现象，随着工作面不断推进至断层带，顶板破碎越严重，顶板一旦出现破碎，会在顶板局部范围内形成围岩松动圈，岩石胶结稳定性及承载能力降低，同时超前支撑压力加大，煤柱出现严重片帮现象，不仅加大了工作面移架难度，而且移架不及时端面距加大，很容易发生冒顶事故。所以为了确保综采工作面安全高效过断层带，必须采取合理有效的顶板控制措施。

1 工作面概况

西山煤电集团西曲矿位于山西省古交市汾河北岸，井田走向长6.5km，倾向宽6km，总面积39.5km2，矿井设计年生产能力3.0Mt/a。主要可采煤层有3#、4#、7#、8#、9#五层煤，煤种以焦煤为主。地层走向NW，倾向SW，倾角3°～15°，一般为5°左右，井田地质构造条件中等，主要构造为断层和陷落柱。

28302工作面位于井田北三盘区，工作面北部为29303工作面，南部为28301工作面，西部为盘区大巷，如图1所示。28302工作面回采煤层为8#煤层，煤层平均厚度为4.2m，8#煤层结构简单，中部普遍含有一层泥岩夹石，夹石厚度变化不大，煤层整体倾向西南，倾角1～14°，一般为3°。28302工作面走向长度为1305m，倾向长度为220m。工作面顶板存在伪顶以泥岩为主，平均厚度为0.6m，直接顶以石灰岩为主，平均厚度为3.85m，直接底以中粒砂岩为主，平均厚度为2.08m。

图1 西曲矿北三盘区28302工作面布置示意图

2 工作面地质构造及回采技术难题

2.1 28302工作面地质构造

根据西曲矿地测科提供资料显示，28302工作面在回采期间揭露地质构造主要以断层为主，共揭露7条正断层（F7、F2324），其中F7断层落差为0.6m，倾角为65°，断层从28301正巷370m段插入工作面与28302副巷未贯通，从机头端先揭露断层，对工作面回采影响不大，而F2324断层落差为2.0m，倾角为70°，断层从28302副巷620m段插入工作面与28302正巷未贯通，从机尾段先揭露断层，断层走向长度为54m，对工作面回采影响大，如图1所示。

2.2 回采技术难题

（1）目前工作面已回采至570m，28302工作面过F7断层时采用强行带压擦顶法过断层，在过断层期间顶板出现局部破碎、煤壁片帮等现象，移架时相对困难，当工作面回采至断层带处时煤壁片帮严重，端面距加大，最大处达1.1m，顶板出现局部冒落现象，顶板控制相对困难。

（2）由于F2324断层落差为2.0m，该断层对回采产生很大的影响，通过对过F7断层时出现的问题进行分析，预计工作面过F2324断层主要存在以下技术难题：①F2324断层落差大，预计工作面回采至600m处进入断层破碎区域，顶板受构造应力影响，工作面回采期间顶板破碎及煤壁片帮严重，采用液压支架进行顶板临时控制难度大；②在过断层带时靠近28302副巷侧超前支撑压力加大，煤柱承载能力降低，巷道变形严重，甚至会发生副巷顶板漏顶事故；③受断层影响，断层带两侧煤岩体胶结稳定性差，煤壁片帮严重，端面距加大，空顶处无法及时支护。

3 顶板控制措施研究

3.1 断层破碎区域顶板控制措施

（1）当28302工作面回采至F2324断层破碎区域时，适当减小采煤机切割深度，控制在0.5m/刀左右，割煤时严禁留底煤，防止移架时出现陷底现象，割煤后必须及时带压擦顶进行移架。

（2）随着工作面逐渐推进，顶板压力越来越大，顶板破碎现象也越明显，为保证安全移架，提高顶板稳定性，需对破碎顶板进行控制维护。综采一队采用支架托梁法进行顶板超前控制，即在相邻三架支架顶梁铺设三根长度为5m工字钢梁，移架时使支架顶梁带压顶住钢梁进行移架，可有效提高移架速度，防止顶板冒落砸坏支架顶梁。

（3）当28302工作面回采至距断层10m处时，煤壁片帮严重，端面距加大，为防止端面空顶处顶板垮落，必须对空顶处进行超前支护，综采一队采用掏槽插梁法进行端面空顶维护，即在工作面煤壁施工掏槽窝，然后插入长度为2.0m钢梁，钢梁另一端与支架顶梁搭接，从而有效防止端面处顶板垮落事故发生。

3.2 断层带处顶板控制措施

（1）由于F2334断层落差为2.0m，采用带压擦顶法强行过断层不仅难度大、破岩量大、回采速度底，而且对机械设备损坏程度大，所以综采一队决定采用俯斜法进行回采，俯采时需预留顶煤，顶煤厚度为0～2.0m，为防止顶煤垮落，采用注浆法对顶板进行控制维护。在顶板预留煤柱施工注浆钻孔，采用注浆泵对其注射马丽散浆液，然后带压擦顶移架。

（2）在过断层带时，28302副巷顶板出现冒落现象，原巷道锚杆、锚索支护不能满足支护需求，需对断层带处巷道顶板进行补强支护。对副巷顶板施工组合锚索+架棚联合方法进行控制维护，每组组合锚索由5根长度为8.3m锚索及规格为0.5×0.5m钢托板组成，每排施工两组，间排距为2.0×3.0m；钢棚由11#工字钢梁组成，钢棚间距为1.0m。