综采工作面快速过断层技术研究

熊方权

（山西潞安集团蒲县隰东煤业有限公司， 山西 蒲县 041200）

引言

井工开采时回采工作面常揭露断层、褶曲等地质构造，断层不仅会影响煤层及顶底板岩层连续性，而且在断层破碎带附近煤岩体裂隙发育、构造应力集聚，给煤炭安全回采带来一定制约[1-3]。现阶段矿井常用的综采工作面过断层技术有强行破岩法、重开切眼法等，采面选用的过断层技术应与煤层及断层赋存条件、煤层开采工艺等相适应[4-7]。本文以山西某矿11029 综采工作面过F4正断层为工程实例，对采取的过断层技术进行分析探讨，以期为后续采面过断层提供经验借鉴。

1 工程概况

11029 综采工作面为11 号煤层二采区最后一个回采工作面，采面设计走向推进长度1 560.8 m、倾向长度154.5 m，采面东侧、北侧均为采区边界，南侧为11207 采空区，西侧为采区集中巷道。11 号煤顶底为K2灰岩、砂质泥岩及细砂岩等，煤层厚度4.0 m，赋存稳定。采面与断层位置关系，如图1 所示。

图1 采面与断层位置关系示意图

工作面综采设备为采煤机MG300/730-WD 型、液压支架 ZZ6800/22/42 型、 刮板输送机SGZ-764/264 型。根据采面回采巷道揭露地层情况及已有物探、钻探资料显示，11029 工作面回采范围内存在多处断层，其中F1～F3断层落差均在0.5 m以内，对采面回采影响较小；F4断层倾角55°、落差1.7 m 且斜穿整个工作面，对采面煤炭回采影响较为显著。采面过断层期间受到煤岩体稳定性差影响，导致顶板局部冒落、煤壁片帮等问题，采面推进速度较慢。为确保采面安全高效通过F4断层，拟综合使用松动爆破+围岩注浆+撞锲+吊棚支护等方式对弱化带层带岩体并对不稳定围岩进行控制。

2 采面快速过断层技术方案

2.1 松动爆破

F4断层为落差1.7 m 正断层，11029 综采工作面在过断层期间会揭露底板砂岩，由于该层砂岩较为坚硬，若采煤机直接截割不仅破岩效率低，而且推进速度缓慢。为此，提出使用松动爆破方式辅助采面过断层。

在11029 工作面与断层相距20 m 时，对采面进行调斜，具体调斜角度为11°，确保调斜后采面与F4断层平行。采面调斜到位后进行俯斜破岩开采，为了降低采面破底留顶时对顶板稳定性影响，具体采用分层松动爆破方式弱化断层带岩体强度。具体在采面布置四排松动爆破钻孔，具体钻孔布置如下页图2 所示。第一排松动爆破钻孔位于采面顶板下方0.5 m 处，爆破孔间、排距分别为2 000 mm、1 000 mm，钻孔孔深均为1 200 mm、孔径均为43 mm。单个松动爆破孔内均装入300 g 乳化炸药。松动爆破时先引爆采面下部两排松动爆破钻孔，待松动爆破距离达到50 m 时再起爆上部两排松动爆破钻孔。采面俯斜爆破回采20 m 后预计采面会揭露F4断层上盘底板，此时采面应调整开采角度，确保回采巷道与采面垂直。

图2 俯斜松动爆破钻孔布置示意图（单位：mm）

2.2 围岩补强支护

在采面俯斜松动爆破过断层期间，在断层破碎带内煤岩体稳定性整体较差，容易出现冒顶事故。为确保采面顶板岩层稳定性，综合使用围岩注浆+撞锲+吊棚方式对顶板岩层进行强化支护。具体支护设计如图3 所示。

图3围岩补强支护设计断面图

2.2.1 围岩注浆

围岩注浆选择使用马丽散浆液，该种注浆材料具有可注性强、胶结效果显著等优点。选择使用2ZBQ20/5 注浆泵进行注浆，注浆液中马丽散、催化剂间按照1∶1 质量配比混合。采面内距离顶板0.5 m位置开始施工注浆钻孔，钻孔孔深、间距分别为5.0 m、3.0 m，仰角均为45°。注浆压力3.0 MPa，单孔注浆时间10～15 min。

2.2.2 撞锲布置

撞锲施工的主要目的是避免顶板在超前采动应力作用下出现破碎、垮落事故。在采面距离顶板0.3 m位置施工一排孔深3.0 m、孔径30 mm、仰角5°超前支护钻孔，钻孔间距均为1.0 m。超前钻孔施工完毕后向孔内插入规格Φ25 mm×3 000 mm 螺纹钢锚杆，锚杆锚固后使用2.5 m 夹板将连续的三根锚杆与顶板固定；撞锲施工完成后液压支架带压移架。

2.2.3 顶板吊棚支护

为进一步提高顶板岩层稳定性，采用恒阻锚索、工字钢组成吊棚对顶板岩层进行控制。采用的恒阻锚索规格为Φ21.6 mm×4 000 mm、工字钢为11 号工字钢（长3.0 m），两根恒阻锚索悬吊一根工字钢，锚索间间距设计为1 750 mm，并在两架液压支架间空隙位置施工恒阻锚索。

采面与断层相距20 m 位置时开始在采面顶板上施工第一排吊棚，吊棚布置在超前液压支架前探梁0.15 m 位置，吊棚排距均为2.0 m 并采用迈步式布置。吊棚施工完成后应确保工字钢与顶板密切接触。

3 应用效果

采用俯斜松动爆破措施过断层较强行破岩法可减少约0.8 m3破岩量，同时采煤机无须直接截割底板破碎岩层，故障率及零部件磨耗率明显降低；与新开切眼相比，可直接降低巷道掘进费用约300 万元，同时降低采面综采设备搬家次数及过断层时间。

在11029 综采工作面采用俯斜松动爆破及针对性围岩控制措施后，采面共计耗时12 d 通过F4断层，采面过断层期间仍保持4.0 m/d 推进速度，整体推进速度较快，实现了采面安全、快速过断层目的。采面俯斜松动爆破过断层期间顶板及液压支架始终保持稳定，未出现支架倾倒、顶板冒落等问题。

4 结论

1）断层是制约采面煤炭开采的常见构造类型，针对11029 综采工作面与F4断层赋存情况、采面开采技术等，提出使用俯斜松动爆破方式过断层；针对断层破碎带顶板岩层稳定性较差，容易冒顶等问题，提出综合使用围岩注浆+撞锲+吊棚等方式对围岩进行补强加固。

2）针对采面具体情况，对俯斜松动爆破技术方案、采面顶板围岩支护方案等进行设计。现场应用后，采面过断层期间仍可保持4.0 m/d 推进速度，顶板岩层及液压支架始终保持稳定，采煤机磨耗量及故障发生率等均明显降低，实现了采面安全、快速过断层目标。