辛置煤矿2-216综采工作面过断层技术
2019-12-12张冠亚
张冠亚
(霍州煤电集团 辛置煤矿，山西 霍州 031412)
工作面的开采极易受到地质条件的影响，其中断层的存在给工作面正常开采带来了巨大的困难，而选择合适的过断层方法对于综采工作面过断层显得尤为重要[1]。目前，国内综采工作面过断层的常见方法主要有跳采法[2]、调整割煤高度法以及综合方法等[3]。本文以辛置煤矿为工程背景，提出了采用两种过断层方法相结合的综合方法通过断层带，并在过断层期间采取了有效的安全技术措施[4]，避免了工作面过断层期间的各种安全隐患，保证了工作面开采的正常进行[5]。
1 工作面地质条件
辛置煤矿2-216工作面所采2号煤层位于二叠系下统山西组，煤层稳定可采，结构复杂，含两层夹矸，为低硫肥煤。煤层平均厚度为6.0 m，煤层倾角5～10°，地面标高+628～+716 m，工作面标高+208～+228 m。2-216工作面内煤层整体为单斜构造，东北高西南低，工作面煤层整体坡度较小，煤层倾角平均5°，回采范围内构造较简单，巷道掘进期间在切巷27号点前7m揭露1条正断层，倾向107°，倾角50°，落差为6.2 m。对工作面正常开采造成影响。
2 综采工作面过断层技术
2.1 过断层方法选择
针对2-216综采工作面遇断层情况，决定采用挑顶起底法和调整割煤高度法相结合的综合方法通过断层带。挑顶起底法是采用采煤机挑顶或挖底，截割围岩强行通过断层；调整割煤高度法是通过预测工作面距断层前方所需要的过渡段，通过时改变割煤高度来过断层，通过后逐步恢复原采高。表1为断层带区域煤层顶底板情况。
表1 煤层顶底板情况
2.2 综采过断层工艺技术
在工作面开采的初期，当起坡角大于3°时宜采用断层坡度调整法，起始位置位于距离运输口68 m处，需要调整的倾向长度为60 m，需要调整的液压支架范围为38～72号，此时工作面的采高为3.8 m，当机头到达断层区域时，断层带到机尾的采高为4 m。
1) 调整顶刀：如图1所示，对于变坡点1号和2号位置，在1号位置抬滚筒，2号位置降滚筒，其幅度控制在0.01 m以内。过渡时顶刀的走势和顶板趋势保持一致，平稳而缓慢地推进。
图1 过断层坡度调整方法示意
2) 调整底刀：当采煤机正向牵引时，对于1号位置，选用的过渡斜长为7～10 m，调整角度选取2°，抬刀幅度为0.35 m，可分为多次调整；当采煤机从机尾向机头牵引时，应反向调整变坡点1。对于2号位置，要预留出0.2～0.3 m的底煤厚度。随着工作面的推进，断层的倾角、落差减小，起坡点距运输口的间距为142 m，需要调整的倾向长度为40 m，需要调整的液压支架范围为88～110号，此时采高为4 m，当机头到达断层区域时，断层带到机尾的采煤高度为4.5 m。
3 其他相关安全技术措施
2-216工作面推进到断层区域附近时，工作面围岩的稳定性大大降低，如果得不到有效控制，极易造成冒顶，推进速度一度停滞，在采用挑顶起底法和调整割煤高度法相结合的综合方法基础上，还采取了以下相关安全技术措施顺利通过了断层破碎带。
1) 提高液压支架的初撑力。初撑力的提高有利于支架的顶部和顶板紧密贴合，充分利用液压支架的支撑性能，能够更好地维持工作面顶板的稳定性，同时能够有效避免来压时支架压力的突然增大。2-216工作面选用ZY15 000 /33 /72D型液压支架。初采时，测得工作阻力在11 000～12 000 kN水平，支架阻力的富余系数比较大，将支架循环末阻力增加至15 000～16 000 kN，并在断层的两侧堆砌木垛分担顶板作用于煤壁之上的载荷，有效限制了顶板下沉。
2) 降低采高，增加护帮高度。当工作面推进至断层区域时，将采高降低至3.5 m，减少割岩量，留下底煤，如图2所示。减小使煤壁保持稳定所需的最小水平支护力；充分利用ZY15 000 /33 /72D型液压支架的三级护帮结构。液压支架的最大护帮高度可达3.65 m，水平支护力最大可达500 kN。
图2 降低采高过断层示意
3) 煤壁注浆。注浆孔布置如图2所示，沿工作面的倾斜方向孔间距为8 m，距离顶板1.5 m位置处，根据2-216工作面现场实测破坏范围，确定孔深为10 m，孔径42 mm，钻孔仰角10°，注浆压力3 MPa。根据浆液漏失量及注浆的总量确定封孔的最佳时间。注浆过程中，由于注浆孔距离底板的距离较远，需设置注浆架来稳固注浆系统，并在支架护帮板之间设置钢丝网防止煤壁的大片垮落，保护注浆工作人员的安全。
通过对煤壁注浆后取样确定实际浆液扩散范围约4 m，煤壁的稳定性得到大大加强。对比注浆前、后相同时间间隔内煤壁片帮深度、高度的变化，注浆后煤壁片帮深度和高度大大降低，发生片帮的频率大幅减小，大范围煤体片帮现象基本不再发生，工作面推进速度、采煤效率得到有效保障，保证了工作面安全高效的推进。
4 结 语
1) 根据辛置煤矿2-216工作面的实际情况，选用了挑顶起底法和调整割煤高度法相结合的综合方法过断层。
2) 根据工作面过断层期间煤岩顶板和围岩的垂直应力分布和位移规律，采取了提高液压支架的初撑力、降低采高、煤壁注浆等安全技术措施，保证了综采工作面过断层期间的安全高效。
