综采工作面快速过断层施工工艺探析

姚锦飞

（晋能控股煤业集团华阳煤矿， 山西 晋城 048000）

1 15102 工作面概述

晋能控股煤业集团华阳煤矿15102 工作面位于井田一采区，工作面呈南北走向布置[1]，工作面北部为15102 切巷，南部为15 号煤轨道大巷，西侧距离15101 采煤工作面170 m，东侧为原常庄煤矿老巷旧巷。

15102 工作面设计走向长度为1 300 m，倾向长度为200 m，工作面回采煤层为15 号煤层，煤层走向NE，倾向NW，倾角0°～7°，呈南高北低、西低东高趋势，煤层厚度2.25～3.25 m，平均2.78 m，15102 运输顺槽沿15 号煤层顶板破底掘进[2-3]。顶板为K2 灰岩，底板为粉砂岩、泥岩、铝土泥岩，具体岩性及特征如表1 所示。

表1 15 号煤层顶、底板岩性及特征表

15102 工作面采用综合机械化回采工艺，截至目前工作面已回采615 m，工作面在回采至605 m 处时，位于4 号—45 号支架前方揭露一条F2 断层，落差为1.5 m，倾角为42°，断层侵入后造成工作面底板岩层上移，工作面揭露的岩体平均厚度为1.47 m，主要为粉砂岩。

2 松动爆破回采工艺

2.1 施工目的

15102 工作面揭露的断层岩体主要为粉砂岩，岩体为乳白色，岩体厚度为1.47 m。该岩体致密性强，岩体硬度高，且单轴抗压强度为45 MPa，采用传统掘进机破岩时，对截割部损坏严重。通过对工作面前期回采观察发现，采用采煤机破岩时，共计损坏截齿42个，烧毁截割电机1 台，造成设备维修费用达47.8 万元；同时，采用掘进机破岩回采时，工作面回采效率低，工作面前期过断层时平均回采量不足2.8 m/d，因此，针对存在的问题通过技术研究决定采用松动爆破法过F2 断层。

2.2 施工工艺

工作面回采至615 m 处时调整工作面伪斜，保证工作面煤壁平直，并将工作面液压支架前移至工作面，打开护帮板，利用采煤机将工作面的浮煤清理干净，并将该采煤机退至机头处[4]。

工作面伪斜调整完成后，采用手持式钻机在4号—45 号支架前方岩体施工松动爆破孔，共计施工2排爆破孔，钻孔垂直煤壁布置，钻孔深度为1.0 m，直径为40 mm，钻孔间距为3.0 m，排距为0.8 m，第一排爆破孔布置在距岩体与煤体交界面0.5 m 处，相邻两排爆破孔呈迈步式布置。

松动爆破孔施工完后，对孔内填装1 支矿用乳化炸药和1 支毫秒延期电雷管，雷管脚线连接时，上下炮孔采用迈步式串联连接方式，每次允许爆破炮孔数量为5 个。

爆破孔内雷管及炸药填装完成后，对炮孔采用水炮泥进行封孔处理，每个钻孔水炮泥封孔深度不低于0.5 m。

第一组钻孔爆破完成后，工作面采煤机继续进行割煤，采煤机割煤至4 号—45 号支架之间的前方煤壁时，采用上滚筒割顶煤、下滚筒扫底岩的割煤方式，当工作面推进一刀后，进行下一个循环爆破施工，直至工作面完全过断层破碎带。

3 过断层期间围岩控制技术

为了保证工作面爆破施工安全以及提高断层处顶板围岩稳定性，防止端面破碎以及煤壁片帮现象，决定采取“超前管棚+迈步式锚索梁棚”联合支护技术[5]（见图1）。

图1 15102 工作面端面破碎顶板联合支护平面示意图（mm）

3.1 超前管棚支护

3.1.1 支护作用

超前管棚支护主要是将若干根超前管棚支护体施工于采掘工作面指定顶板位置，当工作面来压时，使压力作用在超前支护体上，支护体外露端作为支撑点，使岩体内超前支护体形成稳定的支护梁结构，从而对岩体进行超前支护作用，防止围岩在应力作用下出现超前破碎现象。

3.1.2 超前支护结构

15102 工作面采用的超前支护主要由钢针、连接板、固定锚杆等部分组成，钢针长度为3.0 m，直径为30 mm，钢针成中空状；每组连接板长度为1.2 m，宽度为0.3 m，连接板两端焊制两个直径为25 mm 的支护孔；固定锚杆长度为1.0 m，直径为20 mm。

3.1.3 支护工艺

首先在4 号—45 号支架前方煤壁顶板施工一排超前支护孔，孔深为2.8 m，支护孔垂直煤壁布置，允许水平及垂直角度偏差为3°，超前支护孔布置间距为1.0 m。

超前支护施工完后，对孔内插入超前钢针，钢针施工结束后，将相邻2 根钢针外露端采用1 根连接板以及2 根锚杆与顶板进行固定，如图1 所示。工作面回采时以超前管棚支护为顶板，工作面推进2.5 m 后施工第二排超前管棚支护。

3.2 迈步式锚索梁棚支护

在工作面回采过程中，如顶板破碎不严重，端面空顶距在0.5 m 以下时，可及时采用液压支架对工作面顶板进行维护，在过断层期间，支架采用分组超前移架方式；若端面顶板空顶距大于0.5 m 时，应及时对端面顶板采取迈步式锚索梁棚支护。

锚索梁棚主要由槽钢梁、锚索组成，槽钢梁长度为3.0 m，宽度为0.14 m，锚索长度为4.5 m，施工时第一排锚索梁棚施工在支架顶梁前方0.15 m 处，锚索梁棚与工作面平行布置。

锚索梁棚布置间距为1.5 m，工作面在回采推进1.5 m 后施工第二排锚索梁棚，两排锚索梁棚采用迈步式布置；锚索梁棚支护完成后，移动工作面支架时应保证支架顶梁与锚索梁棚接触严实。

4 结语

截至2020 年11 月27 日，15102 工作面已回采结束，工作面在过F2 断层时采取松动爆破施工后，减少的采煤机破岩量达2 422 m3，降低了采煤机故障率。后期回采过程中，采煤机共计更换截齿8 个，未出现电机烧毁事故，减少设备维修费用达40 余万元，同时采取联合支护技术后，很好地控制了断层处顶板破碎、煤壁片帮等现象，提高了断层破碎带顶板稳定性，取得了显著应用成效。