综采工作面过断层回采工艺及支护技术

杨堃垚

（潞安化工集团温庄煤业有限公司，山西 长治 046300）

断层侵入工作面煤体后破坏了煤体结构，造成断层区岩体增加、煤体破裂，增加了工作面破岩量以及回采难度。传统工作面过断层方法主要包括强行破岩法（机械破岩、爆破破岩）、凿巷法、新开切巷法等。但是在实际应用中发现，传统过断层回采工艺存在很多问题，强行破岩时设备故障率高、破岩量大等；凿巷法适用于端头断层，工作面揭露断层采用该方法时巷道掘进工程量大、通风困难；新开切巷法适用于过大断层，不适用中小断层。当工作面揭露断层后，采取合理回采工艺对工作面加快回采速度、减少破岩量、增加煤柱回采率具有重要意义。

1 概况

潞安化工集团温庄煤业有限公司15202 工作面东为15201 工作面（已回采），西为采空区，南为二采区胶带上山，北为井田边界。15202 工作面回采煤层为15#煤层，厚度3.08～4.91 m，平均4.45 m，煤层中含有1 层夹石，岩性为灰黑色砂质泥岩。煤层顶板大部分为泥岩或砂岩，底板为泥岩或粉砂岩。根据15202 工作面钻孔ZK156，煤层厚度为4.83 m，煤层顶底板岩性见表1。

表1 15202 进风顺槽掘进的15#煤层顶底板岩性表

15202 工作面地质构造单一，主要以中小断层为主，工作面回采期间预计揭露8 条断层，断层平均落差为1.5 m。工作面在前480 m 回采过程中已揭露5 条断层（逆断层2 条、正断层3 条），断层最大落差为1.2 m。工作面前期采用前行破岩法过断层回采工艺。

2 俯斜回采施工方案

工作面回采至475 m，在67#～84#支架前方揭露F11 正断层，断层落差为2.1 m，倾角为54°。断层区岩体分两部分，上半部分以致密的细砂岩为主，岩体呈褐色，岩体厚度为1.5 m，平均单轴抗压强度达54 MPa；下部分岩体以砂质泥岩、碳质泥岩为主。该断层对工作面走向影响长度为57 m。

2.1 施工方案对比分析

为了加快工作面过断层区速度，减少采煤机破岩量，降低采煤机故障率，提出了两种回采方案[1-5]，并进行分析对比：

（1）方案一强行破岩法：不调整工作面回采角度，采用采煤机直接破除断层区岩体，直至工作面过断层。采用该方法优点是工作面俯角小，有利于支架、刮板输送机等设备推移；缺点是破岩量大，破岩期间设备损坏率高，而且断层区煤体回采率低，采空区内遗煤量大。

（2）方案二俯斜回采法：工作面回采至断层区时以设计坡度下山回采，揭露断层上盘煤体后继续以近水平角度回采。该方法优点是减少断层区破岩量，提高断层区煤柱回采率，降低设备故障率；主要缺点是在断层区回采坡度在10°～20°范围内，回采坡度对移架影响大，且顶板需采取加固措施。

综上对比分析，决定在15202 工作面采取俯斜回采工艺。

2.2 回采工艺

（1）由于工作面揭露的断层岩体为混合岩层，上部岩体硬度高，不利于采煤机截割，下部岩体硬度相对较低，可采用采煤机适当破岩，所以工作面在进行俯斜回采时，对断层区下部岩体进行松动爆破预裂。

（2）首先调整工作面伪斜，并将断层区附近煤岩体清理干净，工作面从机头斜切进刀，当工作面回采至60#支架处时，采煤机以12°俯角下山回采，俯斜俯采时留断层下盘顶煤，如图1。

图1 15202 断层区俯斜回采剖面示意图

（3）采煤机俯斜回采至断层岩体区时，对底部岩体采用机械破岩，当工作面俯斜回采至84#支架时工作面揭露断层上盘煤体底板，此时调整采煤机俯斜角，以近水平回采。以此类推，直至工作面完全过断层。

3 俯斜段回采安全措施

由于15202 工作面回采的15#煤层在断层影响下，破坏了煤体连续承载结构，煤体内部裂隙发育，在断层区附近俯斜回采留顶煤时很容易出现冒漏事故，所以决定对预留顶煤区采取超前管棚、锚索棚支护，如图2。

图2 15202 工作面断层俯斜段支护示意图

3.1 超前管棚支护

（1）超前管棚支护施工在俯斜段顶板上，超前管棚支护体采用L3.5 m、Ф30 mm 的玻璃钢，支护体主要由杆体、自锁件、托板等部分组成，自锁件安装在杆体端头，通过自锁件可将杆体紧紧固锁在钻孔内。

（2）当工作面俯斜回采后，及时将俯斜段支架超前移架支护，然后利用手持钻机在俯斜段顶板上施工超前支护孔，钻孔垂直于煤壁布置，孔距为1.0 m，深度为3.0 m。

（3）在回采过程中，随着工作面推进，超前管棚支护体逐渐被揭露。当揭露管体长度达1.0 m后，及时在其下方铺设钢筋网并采用托盘进行固定；当揭露管体长度达2.5 m 时，及时施工第二排管棚支护。

3.2 迈步式锚杆棚支护

（1）当工作面回采期间煤壁片帮造成端面距加大，需对顶板施工锚索棚进行支护。锚索棚采用迈步式布置方式；锚索棚主要由玻璃钢梯形梁和玻璃钢加长锚杆组成；梯形梁长3.5 m，宽0.4 m，每架梯形梁采用3 根长度为3.0 m、直径为25 mm 玻璃钢锚杆进行固定。

（2）梯形梁棚支护在60#～84#支架前方，每两架支架支设一架锚索梁棚，布置间距为1.75 m（一个支架宽度），每排支设8 架，相邻两排梯形棚布置排距为1.5 m，且相互交错迈步式布置。

4 结语

15202 工作面过F11 断层期间通过合理优化回采工艺，采取联合支护技术后，取得了显著成效：

（1）与传统回采方案相比，俯斜回采法解决了工作面断层期间破岩量大、遗煤量大以及设备故障率高等技术难题。15202 工作面采取俯斜回采法过F11 断层，减少破岩量1123 m3，提高煤柱回采量0.75 万t。

（2）对俯斜段顶板采取联合支护技术后，防止了俯斜段预留顶煤时出现破碎冒漏现象，提高了俯斜段顶板平整性，确保支架在俯斜段具有足够的工作阻力。