综采工作面过断层安全管理技术措施应用

祁虎根 薛宝平

（霍州煤电集团安全监察局，山西 霍州 031400）

1 概况

霍州煤电集团吕梁山煤电有限公司方山店坪煤矿302工作面位于830水平三采区左翼，东为井田边界，西为830南翼系统大巷，南为5-304工作面（未采），北为5-210工作面采空区。302工作面走向长度为1744m，倾向长度为220m，工作面回采煤层为5#煤层，平均厚度为3.1m。煤层直接顶主要以炭质泥岩与粉砂岩混合岩层为主，平均厚度为3.5m，岩石普氏系数f=4.5；基本顶主要以粉砂岩为主，平均厚度为11.8m。截至目前工作面已回采870m。

资料显示，302工作面回采至860m处位于工作面85#支架之间处揭露一条正断层F7，断层落差为2.0，倾角为85°，如图1所示。通过钻探发现F7断层影响工作面倾向长度为23m，走向长度为45m，断层岩体主要以粉砂岩为主，岩石普氏系数f=5.0。

图1 302工作面F7断层地质素描、剖面示意图

工作面前期采用采煤机强行推进法过断层，但是由于断层岩体硬度大，采用采煤机强行破岩时采煤机截割部损坏严重，而且煤柱损失量大，破岩量大，不利于工作面安全高效回采。对此，决定采用松动爆破仰斜法过F7断层，并在过断期间采取合理有效的安全技术措施。

2 松动爆破仰斜法回采工艺

2.1 松动爆破施工

（1）302工作面从75#支架开始向88#支架施工松动爆破孔进行爆破施工。松动爆破孔深度为1.2m，孔径为43mm，钻孔垂直工作面岩体布置，当岩体厚度达0.5m时开始布置钻孔。钻孔排距为1.0m，间距为0.5m，每排第一个钻孔距顶板间距为0.3m。

（2）采用松动爆破施工工艺，每个爆破孔内填装一支矿用3#乳化药卷（300g）、一支毫秒延期电雷管，采用正向装药方式，雷管脚线采用串联连接方式，孔口处采用水泡泥进行封孔处理，封孔长度不得低于0.6m。

（3）MFB-200型隔爆电容发爆器起爆，每次允许爆破炮孔数量不得超过3个，装一次药爆破一次，严禁一次装药分次爆破。严禁打眼、装药平行作业。

（4）爆破施工前严格执行“一炮三检”“三人连锁”放炮制度，放炮前应将工作面所有施工人员撤出工作面至头尾顺槽，并在头尾顺槽拦人设警戒。

2.2 采煤机仰斜回采施工

（1）工作面揭露断层且松动爆破施工完后，将采煤机下行至溜尾处，采煤机从溜尾130#支架处开始斜切进刀正常回采断层上盘煤体。

（2）当采煤机割煤至75#支架时（距断层面22m），采煤机以5°仰角仰斜回采留底煤破断层岩体，如图2所示。采煤机破岩时的采煤机滚筒截割深度为0.5m，为了防止一次性破岩造成刮板输送机矸石堆积，加大运输负荷，采用单滚筒往返破岩法，即上行破岩体时先采用前滚筒破顶岩，下滚筒拍矸石，当采煤机割煤至断层面后再采用后滚筒下行破岩。

（3）当采煤机仰斜回采结束且进入断层下盘煤体后，及时调整采煤机滚筒角度，沿上盘煤体顶底板进行近水平回采。当采煤机往返割煤两刀后，继续对断层岩体进行松动爆破施工，以此类推直至工作面完全过断层。

图2 采煤机仰斜法过F7断层施工剖面示意图

3 顶板安全管理措施

为了防止302工作面松动爆破仰斜法过F7断层时冒顶事故发生，提高支架初撑力及工作阻力，采用“注浆+撞楔超前支护”进行顶板维护。

3.1 注浆支护

302 工作面过断层期间采用注浆支护主要作用是对断层附近煤体进行加固，防止工作面在过断层期间受构造应力影响，造成煤壁片帮严重，加大了工作面端面空顶距。

（1）采用手持式钻机配套直径为30mm麻花钻杆，在断层岩体面5.0m范围内煤体施工注浆钻孔。钻孔深度为5.0m，钻孔垂直煤壁布置，共计施工两排且成迈步式布置，钻孔排距为1.5m，间距为1.0m，第一排钻孔距顶板间距为2.0m。

（2）注浆钻孔施工完后，用3ZBQ20/24煤矿用气动注浆泵对钻孔进行聚氨酯粘合剂注浆，注浆压力为0.9MPa，在注浆时邻孔出现串液或煤壁渗液现象时立即停止注浆。

（3）为了不影响工作面生产，在检修班进行注浆施工，注浆3h后工作面方可进行回采施工，工作面每割煤8刀后注浆一次，直至工作面完全过断层。

3.2 撞楔超前支护

由于采用松动爆破破顶岩时，受爆破震动影响岩体面裂隙增加，在采用采煤机仰斜回采时，顶板岩体成破碎状难以预留，造成顶板高低不平移架时无法保证支架初撑力及工作阻力，决定在仰斜回采期间对顶板超前施工一排撞楔超前支护。

（1）采用YT-23型凿岩机配套Φ42mm一字型钻头，在仰斜回采期间设计顶板位置施工一排超前支护钻孔。钻孔深度为3.5m，钻孔垂直煤壁布置，钻孔间距为0.5m，支护钻孔成5°斜角布置。

（2）超前支护钻孔施工完后，对钻孔内依次填装两支锚固剂及一根长度为3.5m超前支护体。该支护体主要由中空钢管组成，采用钻机依次对支护体进行锚固。

（3）撞楔超前支护施工完后，采煤机割煤时控制滚筒高度防止切割支护体损坏截齿，割煤后及时带压擦顶移架。当工作面割煤6刀后施工第二排撞楔超前支护，相邻两排支护交错叠加布置且叠加距离为1.0m。

4 结束语

店坪煤矿302工作面采用松动爆破仰斜过断层回采工艺，对顶板采取“注浆+施工撞楔超前支护”等联合顶板管理措施，减少了机械破岩量，降低了机械设备故障率，联合顶板管理措施提高了工作面仰采期间顶板稳定性，防止顶板冒落事故发生，保证了工作面安全高效回采，取得了显著的成效。