综放工作面过平行断层技术研究

孙建华 崔小超 李冬冬

（兖煤菏泽能化有限公司赵楼煤矿，山东 郓城 274705）

1 概况

7302 综放工作面是赵楼煤矿七采区西翼第一个区段的3 煤工作面，面长295 m，推进长度1 376.5 m，煤层厚度平均6.7 m，煤层倾角平均10°。工作面采用综采放顶煤工艺回采，使用MG900/2395-WD型双滚筒交流电牵引采煤机，安装ZF17000/22/42型放顶煤支架172 组。

7302 综放工作面运输顺槽侧推进至588 m 处（39#架附近）预计揭露Fd59 正断层，落差0～8.2 m，影响推进走向长度约45 m。该断层与工作面夹角8°～10°，在工作面内揭露后逐渐向轨道顺槽方向延展长度约231 m，断层落差逐渐增大。工作面轨道顺槽侧推进至633 m 时通过该断层。如图1。

图1 Fd59 断层位置示意图

7302 综放工作面过Fd59 正断层期间，煤厚预计3.1～7.9 m，运输顺槽高于轨道顺槽，高差10.4～20.7 m，煤层倾角为2°～4°。机头侧为断层下盘，机尾侧为断层上盘。如图2。

图2 Fd59 断层预测剖面图

2 断层治理方案[1-3]

2.1 探明断层位置

为精确掌握断层具体参数，以便调整工作面截割层位，当工作面推进至距离预测断层40 m、30 m、20 m、10 m 时，在工作面100#、80#架沿垂直于煤壁斜向上3°方向，施工两个20 m 探测孔探测断层情况。当探测到断层后，每天在80#、100#、120#、140#架施工10 m 探测孔，以探明断层具体位置。

钻探过程中密切关注钻孔内出粉情况，出现岩粉等情况后，立即在原钻孔1 m 范围内继续施工探孔，确保精准掌握断层情况。

2.2 加固断层处煤体

超前在工作面内压风、供水管路上每隔20 m留出一个截止阀，保证供风、供水系统完好。当工作面推进至距断层3 m 位置时，在断层面前后10 m区域，沿煤岩结合面注高分子堵漏材料加固断层处煤体。加固高度应不低于支架1 m，深度不小于煤壁向前5 m，并加强临时支护。

对煤壁及顶板注安固特加固时，根据现场实际情况及以往注安固特加固经验，宜采取多孔少量，确保固化效果。自运输机溜槽中板向上2.0～2.5 m施工钻孔，钻孔与煤壁夹角60°左右，钻孔施工深度在7～8 m，如图3。

图3 煤壁及顶板加固施工示意图（m）

2.3 敷设金属网维护顶板

提前准备金属网、工字钢等支护材料，在工作面揭露Fd59 断层后，在揭露断层位置前后5 组支架敷设金属网维护顶板。出现顶板破碎漏大块矸石时，上工字钢维护顶板，保证顶板完整。

3 过断层安全技术方案

3.1 降低采高

过断层期间，断层面前后顶板破碎区域合理控制采高，以采煤机能够顺利通过为考核标准，严禁随意提刹刀。为保证过断层期间顶板完好和维护效果，工作面采高控制在（3.2±0.1） m。若出现顶板破碎时，破碎区域严禁过度升液压支架，避免支架超高接顶，支架应拉直顺平，确保支架护帮效果，支架立柱活柱行程原则上不低于300 mm，有利于顶板控制和减小割矸石量。

3.2 调斜工作面

Fd59 断层整体上先从运输顺槽侧揭露，后从轨道顺槽侧揭露，并且由于该断层与工作面近似平行，过断层前可采取调斜的方式，使运输顺槽侧超前，以减少工作面同时揭露断层的范围。根据断层落差和两巷高差情况，运输顺槽侧宜超前轨道顺槽侧20～30 m。

3.3 控制截割层位

由于断层为正断层，根据断层落差、煤厚、采高及岩性情况，工作面揭露断层初期，断层顶板岩石为粉细砂岩互层，粉细砂岩硬度系数（f）7～8，岩石较硬；断层底板岩石为泥岩，泥岩硬度系数（f）3～4，岩石较软，过断层时首先考虑截割底板岩石，割底厚度超过2.0 m 时，再考虑截割顶板岩石，最大割顶、底量控制在2.5 m 以内。通过科学计算，提前算出提刹刀范围和度数，控制好截割层位。

（1）断层延伸速度

La=（S÷L）×J=（231÷44.5）×0.8≈4.1 m

式中：La为工作面推进一个截深断层面向延伸方向的移动距离，m；S为断层倾向延展长度，m；L为断层走向延展长度，m；J为煤机截深，m。

（2）提刹刀距离计算

A=（k÷a）×La=（2÷0.11）×4.1≈74.5 m

式中：A 为超前断层面提刹刀距离，m；k为工作面过断层时最大允许割底（顶）量，m；a为工作面每推进一个截深的刹（提）刀量，m；La为工作面每推进一个截深断层移动距离，m。

根据地测预测图纸数据及断层延伸速度、提刹刀距离综合考虑，工作面距离断层位置74.5 m 时开始调整工作面提刹刀度数，在距离断层5 m 前调整完毕。过断层提刹刀度数见表1，Fd59 断层截割层位控制图如图4。

图4 Fd59 断层截割层位控制图

表1 过断层提刹刀度数一览表

3.4 顶板管理

过断层期间，工作面顶板完好区域的支架要升实达到初撑力，伸出伸缩梁、护帮板护实煤帮，因顶板破碎无法达到初撑力的支架必须与相邻支架衬平；顶板破碎、煤壁片帮时，要拉移超前支架，缩小空顶距。两顺槽超前支护可视巷道压力显现情况适当缩短单元式支架支设间距，加大支护强度。

揭露断层区域提前上单层金属网维护，金属网走向对接，倾向搭接，搭接长度不小于0.2 m，扣扣相连，每扣拧3 圈。根据情况，必要时上双层金属网，双网鱼鳞状搭接，上网困难时，在网下上半圆木或工字钢。支架歪斜控制在±5°以内，支架歪斜度数超过±5°及时调架，用单体液压支柱调架时严格执行作业规程中相关规定。

3.5 防冲管理

受Fd59 断层影响，按照中等、强冲击危险区域划分情况施工预卸压钻孔，孔间距分别不大于2 m、1 m，加强工作面过断层区域的冲击危险区监测，采用微震、应力在线、钻屑法对地质构造区域进行联合监测，并定期对微震活动及应力监测分析研判，确定是否具有冲击危险性。

4 结论

针对采煤工作面首次揭露平行断层，揭露矸石范围广、顶板破碎的情况，按照“提前勘探、超前治理、过程管控”的原则，通过地质预判，探明断层性质，超前注高分子材料加固顶帮，回采时再采取调斜拉长工作面、减小一次揭露矸石范围、降低采高、调整提刹刀度数、控制截割层位、联网上钢等一系列措施，用20 d 安全顺利通过断层，保持匀速推进3 刀（2.4 m）/d，避免了回采过程中出现顶板事故，确保了工作面安全高效回采，为今后采煤工作面过大高差平行断层提供了一定经验。