综采工作面过断层技术措施应用

刘 泽

(山西焦煤集团有限责任公司，山西 太原 030053)

1 工程概述

山西焦煤集团西山煤电屯兰矿12503工作面位于井田南五盘区，工作面以北分别为南五回风大巷、南五轨道巷以及南五胶带机大巷，以东12502工作面，以南为回采区域，以西为12503工作面。

12503工作面设计走向长度为1 400 m，倾向长度为180 m，工作面回采煤层为石炭二叠系2#煤层，平均厚度为4.25 m，煤层无伪顶，直接顶主要为细砂岩、泥岩混合岩层，平均厚度为2.6 m，基本顶主要以灰岩为主，平均厚度为8.7 m；工作面采用一次性采全高机械化回采工艺，截止目前工作面已回采456 m。

根据屯兰矿地测科提供工作面地质资料显示，12503工作面回采至470 m处揭露一条正断层，断层落差为2.1 m，倾角为55°，如图1所示；断层对工作面回采影响较大，工作面回采至450 m处出现局部煤壁片帮、顶板破碎现象，随着工作面不断推进，受断层应力影响，工作面顶板及煤壁破碎现象加剧，导致工作面回采速度降低，支架对顶板支护难度大，威胁着工作面安全高效回采。

2 安全过断层回采工艺

1) 由于该工作面断层带区域的落差为5.0 m,断层区域的顶板煤质多为粗砂岩，且岩石比较坚硬，为了降低过断层带时岩石对采煤机及支架的伤害，技术人员采用“割底煤留顶煤”的回采工艺，同时确保液压支架的初撑力达到预定要求，确保回采期间顶板的维护。

图1 12503工作面平面布置示意图

2) 通过断层区域时，技术人员根据现场测量的煤岩情况及坡度采取挑顶方法，挑顶采用松动爆破法，挑顶高度在0.7 m～1.3 m。在有坡度的区域进行挑顶作业，不仅能够很好地对端头进行支护，又能及时地对工作面顶板进行维护。

3) 在采煤机对断层区域进行割煤时要及时伸出支架的前探梁并及时移架，支架要滞后采煤机后滚筒5架进行移架，如移架速度跟不上采煤机速度时，要及时降低采煤机的速度，确保空顶能够及时支护。当煤壁破碎严重时可以超前带压移架。

4) 操作人员在割煤时要准确掌握工作面的割煤高度，确保后面的支架能够顺利移架，以防割煤过高支架不能接顶或顶板破碎压死支架。

5) 对工作面断层区域破碎严重的区域可以采取超前移架的措施，如顶板冒顶严重，必须施工人工假顶对冒顶区域进行支护，确保支架能够顺利通过。当采煤机在过程带时被大块岩石阻碍无法通过时，可以采用人工爆破的方式强行通过。

6) 当在断层区域发现煤层变薄时要及时采取“跟底、破顶”方式，严禁在顶板有坚硬岩石的条件下采煤机强行通过，应先对岩石进行人工爆破，在岩石上施工炮眼的深度控制在0.8 m，炮眼内的药量最大不要超过300 g，炮眼的数量控制在4个左右。对漏顶区域的顶板要及时采取措施进行补顶，确保顶板的稳定性。

7) 在通过断层带时如出现大面积冒顶时，可以采取注浆或撞楔进行超前支护，如顶板冒顶严重不能支护，必须制定专项措施。

3 安全技术措施[1-5]

3.1 过断层破碎带措施

1) 在通过断层区域时发现顶板有一段伪顶，煤质主要是炭质泥岩，这种岩石硬度较低容易出现垮落，此时要采取带压移架的方式，同时要确保支架的初撑力达到要求。

2) 在通过断层区域时发现有褶曲构造时，工作面要沿褶曲坚硬顶煤进行作业，同时降低工作面的采高并将支架的前探梁及护帮板及时打开。

3) 当工作面通过断层区域时要确保支架的支护强度达到标准要求，工作面支架的初撑力要大于24 MPa，泵站的压力要大于30 MPa，同时要严格控制工作面的采高，破碎区域的采高要控制在2.5 m左右。

4) 对于顶板比较松软的区域可以采用追机带压移架的方式，对于破碎严重的顶板可以采用带压移架的方式，同时使用半圆木撅顶或锚杆护帮。

5) 如使用半圆木撅顶或锚杆护帮仍不能控制顶板时，可以采用补打钢针进行超前支护，补打的钢针均匀分布在破碎区域，补打钢针后还要补打锚索吊棚，吊棚梁可以使用长度3 m的工字钢，每根工字钢使用3根锚索进行固定，工字钢要紧贴破碎顶板，对不接顶处采用背板进行铺垫。在施工完吊棚还出现漏电时，可以在吊棚与漏顶区域施工人工假顶并填充膨胀剂。

3.2 支护措施

1) 当支架通过断层区域时必须控制好顶梁的下降高度，对于破碎严重的区域可以采用带压移架的方式，端面距不得大于345 mm，相邻两个支架的高度差保持在侧护板高度的2/3内，防止支架出现倒架、咬架事故。

2) 采煤区完成破碎区域的割煤后，支架要及时跟进并调整，相邻两个支架的间隙要小于200 mm，同时要保证移架后的支架在同一条直线上，支架要滞后采煤机后滚筒5架进行移架，工作面采煤机割煤、支架移架要同步进行。

3) 为了防止发生人员伤亡事故，移架时操作人员必须站在架内，严禁人员站在两架之间、架前、侧面，移架后操作人员要及时打开侧护板，以防架间的矸石掉落伤人。

4) 移架后要及时观察支架的接顶情况及支架的初撑力，观察支架的安全阀是否开启，及时检查支架各类胶管是否完好，确保支架不会发生故障。

5) 对发生漏液的胶管或初撑力达不到要求的支架及时排除故障，更换胶管前必须将操作阀与截止阀关闭，防止胶管伤人。

6) 操作人员在生产过程中发现立柱密封圈附近有乳化液泄露应及时停泵，同时对损坏的密封圈进行更换，更换后支架初撑力达到要求，方可提高泵站压力。

8) 采煤机在过断层带时如遇到煤壁破碎严重，可以适当降低采煤机的切割深度，支架要滞后采煤机后滚筒5架，及时移架。

9) 工作面的出口可以使用单体柱进行支护，单体柱的支护要控制在离采煤线100 m范围内，单体柱的初撑力要达到标准要求。当工作面出口发生变形或破碎时要及时安装工字钢棚进行支护，钢棚与巷帮使用水泥进行填充，确保出口不会封口。

4 结语

12503工作面揭露的F1断层对工作面回采影响长度为72 m，截止2019年3月12日，工作面已回采至520 m，且已完全过断层破碎带，通过对过F1断层期间采取合理有效的回采工艺及支护措施后，保证了工作面高效回采，回采速度由原来的3.2 m/d提高至7.6 m/d，工作面在过断层期间未发生一起顶板冒顶事故，降低了工作面机械设备损坏率，取得了显著应用成效。