综采工作面过断层综合防治水技术应用

苗 瑶

（潞安化工集团慈林山煤业有限公司慈林山煤矿，山西 长治 046000）

煤矿井下采掘过程中，地质构造会威胁到矿井的安全生产，特别是断层，往往是天然的导水通道[1-5]。采掘工作面遇见断层时，若临近煤层存在老空积水或附近地层富水的，也往往会使工作面涌水量突然增加，导致排水系统失效，引发矿井水害。基于此，在慈林山煤矿9109 综采工作面回采过程中过F3正断层期间，对水害防治技术进行研究，对保证矿井安全生产具有重要意义。

1 工程背景

1.1 工程概况

慈林山煤业综采9109 工作面位于一采区，北部为9107 工作面采空区，南部上距何家沟村135 m，东部为矿井井田边界，西部为9#煤三条大巷（运输大巷、回风大巷和轨道大巷）。9109 工作面巷道均沿煤层顶板掘进，工作面皮带巷长702 m，轨道巷长712 m，切眼长150 m。工作面沿煤层走向布置，标高为+840～+890 m。该工作面为下组煤9#煤层工作面，煤厚0.00～1.66 m。平均1.12 m。

9109 工作面位于3#煤层采空区的下方，上距3#煤层38.45～64.20 m,平均56.34 m。3#煤层开采时正常涌水量为80 m3/h，最大涌水量为180 m3/h，目前采空区涌水量基本稳定在120 m3/h。采空区的补给水源为第四系松散层潜水及基岩裂隙水。F3正断层处9#煤开采导水裂隙带，能导通3#煤层采空区积水，9109 工作面开采过程会受3#煤层老空区积水的威胁。

1.2 断层特征

根据巷道顺槽显示，F3正断层位于9109 工作面运输巷488 m 处，走向NW309°，倾角∠65°，落差约0～10 m。据地质钻探显示，3#煤层和9#煤层间含水层富水性弱，钻孔通过该段基岩未见出水，部分钻孔穿过3#煤层采空区时，见老空水，因此，回采至断层附近处，易出现老空积水水害。

2 F3 断层处水害产生机理及防治措施

2.1 断层水害产生机理

9109 综采工作面F3断层处煤层厚度约1.6～2.0 m，平均1.8 m，采用走向长壁后退式开采，一次采全高、综合机械化采煤法。回采过程中，受采动影响，工作面顶板导水裂隙带会导通上方的3#煤层老空水，造成大量涌水进入工作面，形成水害。其防治难度取决于导水裂隙带的发育程度和规律。根据矿井以往采掘实践，工作面在采前和采后的水位探查数据，在推进60～90 m 后，导水裂隙会与富水层贯通，即在回采期间，采空区出水点一般位于工作面后方60～90 m 的采空区，架前一般不会出现含水层大量涌水。

9109 工作面皮带巷回采365 m，轨道巷回采357 m 时，工作面23#支架处揭露F3断层，上下相邻支架出现漏顶和涌水量突然增大的情况。随着工作面向前推进，断层逐步揭露，工作面顶板应力显现明显，顶板出现破碎、漏顶等现象。F3断层带附近围岩稳定性进一步遭到破坏，使导水裂隙带进一步发育，直至导通富水层，大量涌水进入工作面和采空区，架前、架间与架后的淋水量出现突增。断层处破碎顶板受径流冲刷作用，顶板完整性进一步受到破坏导致冒顶，冒顶所形成的通道成为涌水的主要通道。

2.2 断层处水害防治措施

根据断层处水害产生机理分析，工作面煤层顶板导通上覆3#煤层老空区是工作面水害发生的最主要原因。结合矿井回采实践，3#煤层采空区积水是工作面防治水的重点。针对断层发育特点和工作面水害产生因素及影响特征，形成顶板超前维护结合老空水及时疏导的水害综合防治方案。过断层前，重点进行顶板维护管理，通过在断层处顶板预注浆加固和顶板超前支护进行顶板加固；过断层期间，通过改变推采方式、滞后疏导老空水、优化排水系统等手段，对突水疏排进行综合治理。

3 水害防治工程实践

3.1 过断层前

（1）工作面煤层顶板超前支护：为保证顶板完整性，提高围岩支撑强度，降低导水裂带隙发育高度，架间空隙处顶板采用锚网索方式进行加强支护。锚索选用φ21.8 mm×7 100 mm，托盘选用300 mm×300 mm×16 mm，锁具选用KM22 型。施工时，与煤壁呈60°水平夹角，同时配合使用金属网片进行顶板维护。

（2）预注浆加固：距断层15 m 时对工作面煤壁进行超前预注浆施工，以增强断层围岩结构稳定性。注浆材料选用矿用SCPJG-2 型复合型加固材料，该材料由A 和B 两种物料组成。注浆孔施工选用MQT-130 锚杆钻机，以180°方位角在支架前方煤壁进行施工，钻孔高度为1.6 m，钻孔间距为1.59 m，孔径φ42 mm，钻孔深度6 m，花管长度1.5 m （由4 分钢管加工）。封孔使用专用封孔器，封孔深度2 m，注浆孔施工角度呈水平夹角45°。施工时应注意，在每个钻孔施工完毕后立即进行注浆，并严格按照A、B 材料进行配比；若发生漏浆，可先暂停15～30s，然后再注浆；若按此法仍漏浆，则停止注浆作业，可在注浆孔中间位置，重新施工钻孔，再次注浆。注浆钻孔如图1 所示。

图1 注浆钻孔

3.2 过断层期间

（1）改变推采方式：在9109 工作面接近断层时，调整原有回采推进方式，以摆采方式（“波浪式”推采）进行推进。即沿走向方向利用工作面安设的激光，先以每刀进尺保持0.2 m 仰采的方式进行工作面整体抬高，进尺5 刀后（即工作面整体抬升1.0 m），进行工作面调平。当工作面液压支架底座全部调平后，再以每刀进尺保持0.2 m 俯采的方式进行工作面整体调低，当上下出口与工作面底板呈水平状态，即视为完成单个推采循环。通过多个推采循环后，能够人为设置出多道围堰，将水煤泥通过采空区沉淀后，再由两巷水沟流至排水点，进入排水系统后排出。

（2）滞后疏导老空水：9109 工作面风巷在机尾出现涌水后，通过人工深挖扩刷水沟、采面机尾抬高、设置拦水袋等措施，实现风巷老空水与工作面运输系统的隔离，水煤泥不再与老空水混合，有效提升风巷排水系统运行的稳定性和安全性，降低因为水泵频繁更换对生产的影响，实现“零水害”安全生产。

（3）完善排水系统：9109 工作面在完全通过断层和巷道最低点前，大量煤泥间杂碎岩排放至水仓，产生的淤积清理难度大，水泵排水效率大为降低，且水泵及管路备品备件不足，会进一步引发排水系统功能不足，工作面正常回采很难有序开展。因此，对原排水管路进行升级改造。首先，增设一套30 m 软连接装置，保证巷道最低点处水泵出水口能够在异常情况下连接至主管路；其次，增加备用水泵数量，确保一趟管路至少配套2 台水泵，且未完全通过断层和巷道最低点前不得提前撤回两巷排水管路。

3.3 应用效果

过断层期间防治水措施实施后，顶板得到有效控制，特别是断层处顶板，未产生类似以往的片帮、冒顶等情况，顶板淋水和老空水问题也得到了解决。9109 工作面顺利通过F3正断层，整个回采过程没有发生老空透水危害，综合防治水措施效果显著。

4 结论

1）在煤层回采过程中，围岩受采动影响，特别是在遇断层构造时，往往伴随顶板破碎，引发冒顶等事故。过断层构造带不仅顶板管理难度大，且断层带破碎围岩及泥沙会沿断层面涌入工作面架前，在高应力和上覆老空区积水渗流持续冲刷作用下，断层导水通道逐步扩大，涌水逐渐增大将造成水害。

2）通过在断层处工作面煤壁及顶板采取超前预注浆支护，有效增强围岩整体性，提升承载能力，降低回采推进过程中断层所受扰动影响，弱化断层活化程度；改变以往推采方式，采用“波浪式”推采，能够高效地将水煤泥在行采空区沉淀，提升排水效率；滞后疏导老空水，实现水煤泥与老空水分离，在提升排水系统运行效率的同时，实现回采工序的连续性； 增设软连接装置和排水设备备品备件，提升了排水系统的整体抗灾能力。该综合防治水措施在9109 工作面过断层时应用效果显著，可为矿井其他工作面水害治理提供重要参考和借鉴。