塔山三盘区4#层8311工作面过断层的技术实践

2020-07-09刘伟

煤矿机电 2020年3期

刘伟

(大同煤矿集团公司安监局，山西大同 037000)

0 引言

8311工作面位于三盘区西翼，走向NE-NW，倾向NW-NE，倾角2°～4°，工作面北部为8310工作面(未掘)，南部为8312工作面(待采)，东部为三盘区西翼盘区巷，西部隔40 m煤柱与挖金湾井田山4#层8201工作面相邻。其工作面走向长604.5～900.0 m，倾向长228.0 m，煤厚3.2～3.6 m，采高3.6 m。工作面直接顶岩性为中粒砂岩、粉细砂岩、泥岩、砂质泥岩、高岭质泥岩，厚度为2.88～11.32 m，易垮落；直接底岩性为高岭质泥岩、泥岩[1]。现8311工作面推进至头采位236 m，尾采位229 m。截至目前工作面揭露四条断层，其工作面原揭露一条F4正断层、工作面新揭露两条F7、F8正断层及5311巷原揭露一条F1正断层。4条断层的具体参数如表1所示。

表1 工作面断层揭露参数

根据盘区(辅运、皮带、回风)巷揭露的断层情况及断层走向、落差的变化情况推测，预计工作面采至610 m处，断层落差为1.5～2.0 m，走向N105 °，倾向SW，倾角75 °。按照5311巷道揭露的F1断层沿走向推测，F1和F4为一条断层，F7、F8 断层沿走向尖灭位置未知。F1、F4、F7、F8断层推测情况如图1所示。

图1 断层位置及走向推测平面

正常回采期间，工作面通过F4(推断与5311巷揭露F1为同一条断层)、F7、F8共3条正断层。其中，F4和F7两条断层的落差分别为1.6 m和1.4 m,对回采影响较大；F8断层的落差较小，对回采影响小。F8断层与F7断层距离较近，在通过F7断层时，适当调整挑顶高度并延长挑顶长度，保证顶板平缓过渡，可以直接通过F8断层，不予考虑。在回采期间，必须考虑工作面通过F4与F7两条断层时的情况，如图2所示[2]。

由于过断层时顶板破碎严重，出现液压支架接顶不严的现象，造成工作面漏顶。因此，本文重点研究过断层的技术措施。

1 过断层技术措施

1) 当工作面通过F7正断层时，需要采煤机以5 °倾角截割断层上盘顶板，如图3中③区域顶板岩石，截割高度为0～1.4 m逐渐过渡(保证断层区域顶板缓慢平整过渡，液压支架接顶严密)，截割长度约为16 m(截割长度可适当延长，保证同时顺利通过F8断层)。采煤机截割上盘顶板时，相应留设底煤，留设高度为0～1.4 m逐渐过渡,留设区域如图3中 ④ 区域(保证工作面底板缓慢平整过渡，刮板输送机平直)，留设长度约为16 m，机组截割后保证断层上盘顶板(底板)与下盘顶板(底板)平缓过渡[3]。

2) 工作面通过F4正断层，当F4断层断面位置

图2 8311工作面过断层切巷素描剖面

图3 8311工作面过断层切巷地质剖面

距5311巷工作面帮≥18 m时，需要采煤机以5 °倾角截割断层上盘顶板，截割高度为0～1.6 m逐渐过渡，截割区域如图3中①区域(保证断层区域顶板缓慢平整过渡，液压支架接顶严密)，截割长度约为18 m。在截割上盘顶板过程中，同时留设上盘底板，留设底板高度为0～1.6 m逐渐过渡，留设长度约为18 m(保证工作面底板缓慢平整过渡，刮板输送机平直)。机组截割后保证断层上盘顶板(底板)与下盘顶板(底板)平缓过渡。

3) 工作面通过F4正断层，当F4正断层断面位置距5311巷工作面帮小于18 m时，如图4所示，需要采煤机从5311巷工作面帮上肩角以5 °倾角截割断层上盘顶板，截割高度为0～1.6 m逐渐过渡，截割顶板区域如图5中 ① 区域，截割长度0～18 m(保证断层区域顶板缓慢平整过渡，液压支架接顶严密，留设顶煤时需要及时拉架)。以5 °倾角留设下盘顶煤，顶煤留设位置如下图5中 ② 区域，留设长度约为0～18 m。在截割上盘顶板及留设下盘顶煤过程中，需同时截割断层下盘底板，截割高度为0～1.6 m逐渐过渡，截割长度约为0～18 m，截割区域如图5中 ④ 区域(保证工作面底板缓慢平整过渡，刮板输送机平直)。留设上盘底煤，留设高度为0～1.6 m，留设长度为0～18 m，留设底煤区域如图5中 ③ 区域。采煤机截割后保证断层上盘顶板(底板)与下盘顶板(底板)平缓过渡。

图4 8311工作面过断层切巷地质剖面

图5 8311工作面过断层切巷地质素描、剖面

4) 由工作面回采工作向前推进，F4断层一直在逐渐向5311巷方向延伸，根据地质科地质预报分析，推断F4与F1为同一条断层。随着工作面继续向前推进，工作面揭露F4断层断面会逐渐靠近5311巷，并从5311巷揭露。当工作面推进至5311巷采位243 m时，为保证5311巷端头区域液压支架与附近工作面液压支架过渡平缓，工作面尾端头附近区域需要以7 °仰角截割断层上盘顶板，截割高度为0～0.8 m，截割累计长度为7 m，如图6中 ② 区域。留设上盘区域底板，留设累计长度为7 m，留设高度为0～0.8 m，留设底板区域如图6中④区域，留设后保证底板沿巷道走向平缓过渡。当工作面推进至5311巷采位250 m时，需要继续以7 °仰角留设断层下盘顶板，留设高度为0～0.8 m，留设累计长度为2 m，留设区域如图6中①区域，保证断层区域顶板平缓过渡，支架仰角不超过7 °，接顶严密。同时，截割下盘底板，截割高度为0～0.2 m，截割累计长度为2 m，截割区域如图6中 ③ 区域，保证断层断面两侧顶底板平缓过渡。

图6 5311巷巷道F4断层揭露区域剖面

2 具体解决方法

2.1 强化现场管理，确保施工安全

1) 当通过F7断层时，注意挑顶高度与长度，随时注意观察断层区域附近液压支架的工作状态。在割煤过程中，及时拉移液压支架，打开护壁板，液压支架要保证与顶、底板垂直(左右歪斜角度不超过±5 °)，接顶严实，保证断层附近液压支架与其他液压支架平稳过渡，相邻液压支架间高度错差不超过支架侧护板的2/3。

2) 当通过F4断层时，注意留设顶煤的高度与长度，随时注意观察断层区域附近液压支架的工作状态。在割煤过程中，及时拉移液压支架，并打开护壁板，液压支架要保证与顶、底板垂直(左右歪斜角度不超过±5 °)，并要接顶严实，保证断层附近液压支架与其他液压支架平稳过渡，相邻液压支架间高度错差不超过支架侧护板的2/3。如果通过F4断层时顶煤留设较为困难，需要及时在此区域顶板注高分子顶板胶结剂，以保证顶板的完整性，确保液压支架接顶严密，平缓过渡。

3) 过断层期间采煤机采用高强度截齿，在采煤机截割断层上盘顶板及下盘底板时，要放慢牵引速度，保证采煤机截割速度不超过3 m/min，防止采煤机因速度过快损坏齿座和机械传动部位。采煤机通过断层区域后，要及时检查滚筒截齿及齿靴磨损情况，有磨损的截齿、齿靴要及时更换。

4) 当断层区域顶板破碎或煤壁片帮严重时，则采用带压擦顶移架的方式及时移架，必要时采用提前拉架的方式维护顶板，以减少端面距及梁端顶板的空顶时间，液压支架顶梁要升牢、升紧。工作面在回采过断层期间，在断层区域内留设少量顶煤和底煤，其他回采区域采用见顶见底进行回采，严禁留设顶、底煤。

2.2 强化顶板维护

1) 在工作面过断层期间，采煤机司机认真观察每刀断层变化，根据实际情况调整断层附近区域工作面起伏状况。在过断层期间，若断层区域顶板破碎严重，需在顶板破碎区域注高分子顶板胶结剂，保证工作面顶板完整。在破碎区域采煤帮距顶板1.5 m处，斜向上与顶板夹角为45 °，孔深、孔距可根据现场情况注射高分子顶板胶结剂。

2) 为减少每刀破岩量和工作面刮板运输机推移困难，在过断层期间，采煤机逐步截割上盘顶板与下盘底板岩石，每刀挑顶、卧底量不超过100 mm。当F7断层区域上盘顶板截割高度与断层下盘底板齐平时，停止挑顶，且挑顶截割后上盘顶板与下盘底板齐平。当F4断层区域下盘底煤较难留设时，在该区域注入高分子顶板胶结剂，强化顶板维护。

3) 每割完一刀煤，则应及时移架，因液压支架少降立柱、擦顶前移，为了保证顶板完整，支架间距需均匀，不得出现挤架、咬架现象。液压支架初撑力达到25.1 MPa以上，泵站压力达到额定压力31.4 MPa，液压支架接顶严实。在过断层期间，破岩段与留设煤顶区域尽量降低采高(2.5～2.6 m)，以保证采煤机过煤高度能最大限度地减少破顶量和破底量，防止顶煤塌落致使液压支架不接顶[4]。

4) 5311巷采位在251～271 m范围内，部分区域巷道高度达到3.8～4.0 m之间，超出工作面现有单体液压支柱支护高度。当尾超前支护到达该区域时，根据实际情况更换支设高度为4.5 m单体液压支柱，上齐防倒和防坠装置，以保证初撑力达到90 kN以上。当进入巷道部分尾端头液压支架在推进至5311巷采位251～271 m时，必须提前在该区域液压支架顶梁上方铺设1～3层道木，以保证液压支架在超高巷道区域接顶严实，并保证液压支架初撑力不小于25.1 MPa。

5) 在过断层期间，及时回收头、尾巷巷道支护材料，最大限度卸载工作面三角区域压力，但在5311巷揭露的F1断层前后10 m范围严禁回收巷道支护材料，保证巷道在过断层时的支护效果。严控工作面刮板输送机上窜下滑现象。若发现有上窜下滑迹象，则及时汇报队值班室并进行调整。如果在5311巷断层揭露区域出现顶板破碎、下沉等现象，需加强该区域顶板支护强度，可采取增加点柱或搭设锚索吊棚等支护方式加强该区域顶板支护[5]。