采煤工作面过断层煤岩体协同控制技术探析

梁 柯

（山西兰花集团莒山煤矿有限公司，山西 晋城 048000）

工作面回采过程中会有冒顶和片帮甚至漏矸后果发生于顶板破碎岩层的过断层，严重威胁能否安全的开采煤炭，所以，保证安全开采煤矿的首要前提就是控制具备稳定性的煤岩体。有很多研究人员专门开展研究断层技术和矿压显现过断层以及煤壁片帮过断层的采面机理等，指定的措施包括控制稳定性破碎围岩的相关方法，有加固锚网索施工和注浆等都具备较好的成效。因为过断层的采面极具复杂的致灾因素以及情况相对复杂，所以必须制定详细的方案去符合当前的过断层采面形式，帮助获得较稳定的煤岩体。本文基于过断层工作面综采8104 的某矿，研究了协同控制采区矿井煤岩的相关技术。

1 概述工程基本情况

深入挖掘的矿井面对更加复杂地质构造的回采工作面，尤其在过断层采面开采过程，会出现严重的冒落和大面积煤岩体的采面附件失稳，主要是由于卸载和失稳煤岩区域断层被采动动压导致的，无法顺利安全生产矿井。某矿工作面8104 所开采的煤层19 号具备320m的平均埋深和3.2m的平均煤层厚度，开采的采面发育的地质构造中显示，具备不高的力学强度煤岩体。采面部分断层受采动动压的因素出现了一定程度的失稳和活化，会造成的事故后果是发生大范围的片帮或者冒顶。煤层1 9 号的采面开采类型属于极易自燃的Ⅰ类煤层，因为缓慢推进的过断层采面，经常会出现遗煤自燃的后果。图1 是采煤层19号矿井过断层和别的矿井的相关灾害现场[1]。

采面断层揭露时会有较多的灾害和断层活化出现，尤其是顶板岩层采面受到的顶板压力和采动动压的共同作用后会更加明显，之前的锚索支护和锚杆支护都失去了相关的保护作用，进而发生了支架倒架和顶板冒落还有煤壁片帮的后果。开采断层DF103采面的H=1.8～4.5m，122°∠49°范围中，会严重影响回采，因为它横穿机巷断层深度58m，图2显示的是详细的断层发育地点。

2 分析致灾失稳的煤岩体

据显示的勘探地质资料发现，煤层19 号具备较低强度的岩层顶板结构，还有粉砂岩和砂质泥岩以及松软泥岩都具备较差的互层坚固性，因为不能很好地抗水浸，所以比较会出现风化后果。开采工作面8104 综采时发育的地质构造情况是，节理发育和裂隙的煤岩体内，煤岩体纵横交错所以强度较差，因此DF103煤岩体附近断层都不具备良好的稳定性和强度。

采面8104 的断层受到的采动动压，使周围的煤岩体强度不好时特别容易出现失稳和顶板冒落还有片帮后果。在推进采面到断层周围后，煤岩体以前属于结构完整并稳定的，也会被采动动压松散结构，而且断层周围的构造应力集中了其他的位置后，出现了上面图1(b)的采面顶板冒落岩层的严重后果;采动动压还使断层产生了一定程度的滑移，甚至出现整体结构断层失稳产生的异常矿压的严重后果。

3 煤岩体采面协同控制过断层的主要技术

3.1 耦合控制煤岩体

协同控制煤岩体的详细过程是：煤岩体破碎承载能力的提高是基于锚杆支护协作注浆加固去实现，承载单元的环状结构是锚杆和注浆浆液一起对煤岩体形成锚注加固，煤岩体的体内裂隙被煤岩的注浆浆液填充后，将以往的煤炭体松散状态加固，实现了煤岩体改善其原本的力学性质的目的，最终将煤岩体的承受得到了加深。其中，煤岩体煤壁失稳和顶板控制多数选用锚杆，它可以使经常冒落的岩体，被稳稳地固定于深部岩体中，可以很好的调整顶板岩层的离层量并减少冒落；煤壁回采巷道或采面的整体煤岩强度的提升是利用施工锚杆实现的，属于发展塑性区和破碎制约区[2]。

3.1.1 描杆施工

附近破碎煤断层影响岩体可以借助施工锚杆增加相应的约束力，锚杆可以杜绝离层和扩散的煤岩体松软浅层，锚索统一承载了稳定岩深部层和煤炭破碎体。观察开采工作面8104 综采动压的影响形势，补强支护岩体破碎顶板的加固选择了析架锚索结合金属锚杆。图3显示了详细的布置采面锚杆于断层周边的位置图。

20mm×2500mm 规格的锚杆螺纹钢布置在顶板采面支架上，设置800mm×800mm的排距，具备50kN的锚固力和150N·m 的预紧力矩；锚索选择∅15.6mm×7300mm 规格的钢绞线，具备1700mm ×3000mm 的间排距。采面煤壁锚杆选择∅18mm×2000mm规格的玻璃钢，具备50kN的锚固力和150N·m的预紧力矩。

3.1.2 注桨

稳定性煤岩体实现的原因表现为内部控制的注浆加固法，断层影响采面的相对明显区域进行两排钻孔的布置，煤层底板19 号的开孔距离选择1.8m 和2.5m两种，平均42mm 的孔径和3.2m 的钻孔深度，基本是15°和45°的倾角。施工钻孔后，对孔内的水玻璃和水泥的双液浆选择的钻入注浆管是6 号，控制0.8～1.0MPa范围的注浆压力。

3.2 控制外部

控制外部煤岩体选择回采设备控制和铰顶帮助采面增加整体掩体的稳定性，达到综合治理煤岩体破碎区域内的断层影响。

3.2.1 护帮板控制

采面选择匹配型号的液压支架的前提必须加宽护帮板，可伸缩的侧护机构需要配置在掩护梁和顶梁，千斤顶可以提升护帮力。采面煤壁选择液压支架和护帮装置去支护前探梁，可以杜绝大范围片帮现象。采煤机割煤配合伸缩梁支架，完成割煤动作第一时间将护帮板伸出。

3.2.2 控制煤壁冒顶和片帮

具备稳定性的煤壁可以进行安全开采并收获高效采面的结果，根据实时的研究成果可见，顶板煤岩40%的失稳现象出现于支架移架时，顶板冒落的另外60%发生于片帮区域的支架前端顶梁附近。当煤壁采面出现大范围悬空或者严重片帮时，顶板支撑需要选择液压支架的适当移动方案；破碎的顶板为了实现顶梁支架接顶，需要选择移架带压的方式；片帮深度大时，支撑顶板的方式选择绞顶和钢梁布设的方法。

3.2.3 采高调整

煤壁采高直接决定是否会片帮，采高越大，越容易出现煤壁片帮。所以降低过断层的采面高度是2.8m替代了之前的3.2m，过断层范围的采高距离必须严格控制，另外还需确保采煤机合适的采深和割煤速度，全面帮助断层扰动采面回采的降低。带压移架或者超前移架，更要依据措施去严格执行，避免液压支架带来的较大的收缩立柱量。

3.2.4 支架工作增加阻力

在过断层采面加大液压支架带来的相应工作阻力，可以实现支架端头降低集中应力的程度。顶板平衡压力的实现前提是液压支架具备合适的工作阻力，矿压控制可以应对动压的强烈影响。液压支架采面的检修强化，可以提升30MPa 的液泵站带来的乳化液压力值。

4 分析控制效果

分析破碎围岩的断层范围影响带选择的技术是钻孔窥视，可以很好地观测控制效果。巷内施工时采面机需要3.5m孔深的窥视钻孔，图4显示了1.5m和2.3m孔深详细的钻孔孔壁位置图。

经图4显示的窥视结果看到，破碎断层带进行注浆加固后，裂隙充填了注浆浆液，钻孔里基本没有裂隙存在，注浆的围岩从原先的破碎变为了胶结的整体，大大提升了抗破坏变形的能力。另外回采断层采面的时候再也没有发生大面积煤壁片帮或者顶板冒落的后果，只是部分存在小于0.4m深度的较小程度的片帮；具备了正常的采面矿压。所以本文制定的围岩过断层采面控制煤岩体的协同控制技术具备了一定的成效。

5 结束语

（1）过断层的回采工作出现破碎煤岩体会严重影响安全生产，会发生煤壁控制和顶板控制超出范围的后果。指定的措施是利用协同控制煤岩体的技术，去控制破碎的围岩采面，主要表现为:煤岩体破碎时利用注浆可以胶结为整体，而煤岩体利用锚杆可以对适应能力得以提升；煤岩体降低影响选择的措施有调整采高和支架提升载荷以及控制冒顶和煤壁采面片帮等。

（2）实际应用发现，断层煤岩体的破碎带大大加强了承载能力和稳定性，过断层采面的过程不再出现大面积的冒顶或者片帮后果，显著提升了安全回采工作面的保障。