48710工作面巷道过断层和陷落柱技术研究

李 杰

（山西西山煤电股份有限公司西铭矿，山西 太原 030052）

在进行煤炭开采时，由于工作面存在着许多褶皱、断层、陷落柱等[1]，破坏了煤层及顶底板岩层的连续性和完整性，工作面穿过此类地质构造时，若不采取有效的安全措施，会导致工作面顶板破碎，易造成安全事故。

胡红伟[2]针对长平煤矿大采高工作面制定了相应的过断层和陷落柱的技术措施；王晔[3]采用了预掘爆破巷的方法处理了坚硬围岩过断层；祝刘兵[4]提出通用措施为类似矿井施工提供参考。但由于断层、陷落柱极不规律，因此针对西铭矿48710工作面具体断层及陷落柱进行研究具有重要的意义。

1 工程概况

西铭矿48710工作面东为48712工作面，南邻北七右翼回风巷，西邻48708工作面，间距21m，北为随老母断层。该面上覆2#煤已回采，采空积水已探放。48710工作面采用长壁综采采煤工艺，8#煤层厚度为5.1～6.4m，平均为5.8m，倾角为-3°～8°，煤层硬度f为0.8～1.0，煤层结构简单。煤层顶底板岩层结构如表1所示。

表1 8#煤层顶底板岩层结构分布

工作面推进过程中，在50号支架处揭露f8612断层，落差高度为1.5～1.7m，对工作面影响范围为35m，支架影响范围20～60号支架，对回采有一定影响。工作面推进距离达到980m时，首先在工作面端部揭露陷落柱X8719影响区域，经超前探测可以得知影响范围沿推进方向30m，沿倾向方向15m，影响支架范围为108～115号支架，对回采影响较大。

2 工作面过断层及陷落柱技术研究

2.1 过断层技术研究

f8612断层线至48708巷为下盘、至48712巷为上盘，为顺利通过断层，当工作面由上盘向下盘推进时，应当在工作面距离断层线有一定距离时，开始增大工作面的角度，使工作面仰角沿煤层顶板推进，使得到达下盘时，底板恰好为断层下盘底板，迅速恢复正常工作面回采。因此，工作面安全过断层需确定支架起坡点、起坡度、最小采高等工作面具体参数。

（1）工作面过断层相关参数确定

① 支架起坡点及起坡角

断层上下盘如图1所示，工作面由上盘向下盘推进。支架起坡点采用以下公式计算：

a=d×（1/tanβ-1/tanα）

b=a-M/tanα

式中：

M-工作面采高，m；

α-断层倾角，°；

β-支架起坡角，°；

d-断层断距，m；

a-煤层顶板至断层起坡距离，m；

b-煤层底板至断层起坡距离，即支架起坡点，m。

由于48710工作面采高较大，支架仰角若太大可能会导致支架向采空区倾斜，形成安全隐患。根据支架性能及工作面具体参数可知：断层倾角为30°，断层断距为11.7m，煤层采高为3.26m，支架起坡角取20°最为合适。代入工作面采高及断层基本参数可以求得：a=11.88m，b=6.24m。可以得知支架的抬起点距离断层距离不小于6.24～11.88m即可，因此，取支架起坡点距断层面距离为12m。

② 最小采高

工作面过断层时最小采高由下公式计算得到：

hmin=h1+h2+h3+200

式中：

h1-支架高度，m；

h2-采煤机滚筒直径，m；

h3-支架护帮板收回高度，m；

200-空隙采用值。

根据工作面设备具体参数可以求得最小采高为4.8m。

图1 起坡点、起坡角示意图

（2）过断层具体技术方案

① 工作面自支架起坡点开始抬起底板，割煤提升高度每刀应小于100mm，保证工作面提升过程中的平稳过渡，20号支架至断层线开始逐步提升，从而沿断层底板即工作面底板正常回采。

② 工作面过断层时采高减小为4.8m，保证前后支架平稳过渡，相邻架间护板最大错差不超过全部侧护板高度。

③ 工作面采高超过4.8m时，需采取打贴帮柱、勾顶、伸缩梁上挑板梁等技术措施，以免发生端面冒顶。根据工作面现场实际情况，将单体柱一段定在支架伸缩梁的尾端，一段顶在支架一级护帮板上，单体柱可以增加支架护帮板的支护强度。

④ 针对工作面机头机尾推进距离进行调整，多推进机头，少推进机尾，保证工作面不咬架，支架推移不受影响，使得工作面与断层面以较大的角度相交，防止断层面在工作面大范围同时露出，影响工作面稳定性，将断层影响范围控制在回采范围以内。

2.2 过陷落柱技术研究

48710工作面推进距离达到980m时，首先在工作面端部揭露陷落柱X8719影响区域，经超前探测可以得知影响范围沿走向980～1010m，沿倾向方向影响范围为15m，对工作面尾部108～115号支架影响较大。X8719陷落柱影响范围如图2所示。

图2 工作面X8719陷落柱影响区域示意图

（1）工作面过陷落柱具体施工技术

针对工作面过陷落柱的情况，目前最有效的方式即是抬高工作面底板，减小采高过陷落柱。因X8719陷落柱处于工作面48710尾部，所以工作面过陷落柱区域时，需保证工作面尾部最后一个支架与工作面尾部巷道底板相平。因此，在工作面推进到980m之前，由最后一架开始，液压支架逐步抬高，支架抬高角度控制在3°左右，使得115～108号支架抬升0～1.8m，保证工作面过陷落柱范围时的安全，过陷落柱时工作面采高控制在4.8m左右，工作面自98～90号支架逐步降低至工作面正常底板，如图3所示。

图3 工作面过陷落柱支架抬起高度示意图

（2）工作面过陷落柱围岩控制技术

① 工作面过陷落柱前，对陷落柱影响范围及边缘15m范围内进行顶底板岩层注浆支护，提高破碎顶板的强度，使陷落柱影响范围内的顶板岩层形成坚固的人工假顶，避免过陷落柱出现顶板坍塌。

② 为防止工作面过陷落柱时顶板破碎出现大块矸石掉落的现象，可以采取小范围内控制爆破，将工作面内大块硬矸石进行爆破处理，保证工作面推进过程中的安全性。

③ 过陷落柱时，由于要进行湿式打眼爆破，可能会造成工作面积水，由于陷落柱区域处于工作面尾部，此区域抬高，积水可能流向工作面两端，因此，必须在工作面机头机尾处设置排水设备，及时抽水。

3 结 语

针对48710工作面具体地质赋存条件及断层、陷落柱影响范围，采取理论分析确定了工作面过断层的支架起坡点及起坡角、工作面最小采高，制定了工作面过断层及陷落柱时需采取的技术措施研究，保证48710工作面过断层和陷落柱时安全推进。