吳躍東

（大同煤礦集團燕子山礦，山西 大同 037037）

1 概況

大同煤礦集團燕子山礦8210工作面位于井田302盤區(qū)，工作面西部為可采邊界線，南部為8208設(shè)計工作面，東部為盤區(qū)巷，北部為2212已掘進工作面。

8210工作面設(shè)計走向長度為2297m，傾向長度為220m。工作面回采煤層為二疊紀下統(tǒng)山西組4#煤層，平均厚度為7.44m，煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，厚度不穩(wěn)定，煤層內(nèi)有4～7層0.05～1.37m的夾石，夾石總厚為2.06m，煤層大致走向東西，傾向北，傾角為3°，采用綜合機械化放頂煤回采工藝，采煤高度為3.3m，放煤高度為4.1m，目前工作面已回采376m。

根據(jù)地測科提供的8210工作面地質(zhì)資料顯示，8210回采至384m處揭露一條正斷層F2，斷層落差為1.2m，傾角為52°，斷層與工作面夾角為21°（如圖1所示），且從頭巷（2210巷）13#導(dǎo)線點往前5.0m處揭露延伸至工作面，對工作面傾向影響長度為57m（129#～97#支架）。受構(gòu)造應(yīng)力影響，工作面回采至372m處進入斷層破碎帶，工作面回采速度降低至3.2m/d，當工作面回采至376m處時端面破碎嚴重，局部出現(xiàn)漏頂現(xiàn)象，液壓支架初撐力及工作阻力不足72%，降低了支架支護效果，威脅著工作面安全快速回采。對此，決定采用導(dǎo)硐法過F2斷層應(yīng)力區(qū)，力求保證工作面安全快速回采。

圖1 8210工作面F2斷層布置平面示意圖

2 導(dǎo)硐法施工工藝

2.1 導(dǎo)硐位置的確定

受斷層影響，斷層帶附近煤巖體出現(xiàn)斷裂、錯動現(xiàn)象，從而破壞了煤巖體整體穩(wěn)定性。由于8210工作面采用的是放頂煤回采工藝，回采煤層不穩(wěn)定，在斷層帶附近應(yīng)力集中現(xiàn)象明顯。隨著工作面不斷推進，回采應(yīng)力前移，當回采應(yīng)力與集中構(gòu)造應(yīng)力疊加時，會導(dǎo)致頂煤及煤層頂板出現(xiàn)嚴重破碎現(xiàn)象，甚至?xí)l(fā)生頂板大面積垮落事故。采用導(dǎo)硐法過斷層破碎區(qū)，一方面主要是對應(yīng)力區(qū)頂板進行超前維護，另一方面主要是制造應(yīng)力釋放空間，使集中應(yīng)力達到有效釋放，降低應(yīng)力對煤巖體破壞作用。

根據(jù)煤巖體應(yīng)力破碎原理，采用試驗鉆孔煤屑量法確定斷層帶應(yīng)力集中區(qū)，提前在2210巷位于斷層帶附近共計施工5個試驗鉆孔（1#～5#）。鉆孔深度為30m，鉆孔垂直煤壁布置，其中1#鉆孔布置在距工作面3m處，其他鉆孔依次間隔3m布置，鉆孔施工期間詳細記錄每米產(chǎn)生的煤屑量。通過對比發(fā)現(xiàn)，1#～3#鉆孔每米產(chǎn)生的煤屑量呈遞增趨勢，1#鉆孔最小，平均為2.9kg/m，3#鉆孔最大，平均為4.7kg/m。3#～5#鉆孔每米產(chǎn)生的煤屑量呈遞減趨勢，5#鉆孔平均為3.2kg/m。由此可見3#鉆孔處應(yīng)力集中最為顯現(xiàn)，最終決定將導(dǎo)硐位置確定在3#鉆孔前1.0m處，即距工作面10m處。

2.2 施工工藝

（1）采用松動爆破擴幫法進行導(dǎo)硐施工，導(dǎo)硐斷面規(guī)格為寬×高=3.5×3.3m，為矩形斷面規(guī)格，工作面采用刮板輸送機及隔爆型專用裝載機進行聯(lián)合出煤。在開口處往機頭方向安裝一臺15kW局部通風(fēng)機，對導(dǎo)硐進行供風(fēng)。在導(dǎo)硐施工期間，合理調(diào)整進風(fēng)量，保證工作風(fēng)量充足。

（2）松動爆破斷面規(guī)格為寬×高=2.0×3.3m，工作面共布置三排松動爆破孔，每排布置4個，鉆孔間距為0.5m，排距為1.5m，鉆孔垂直煤壁布置，鉆孔深度為1.0m。

（3）松動爆破鉆孔施工完后，在每個爆破孔內(nèi)填裝一支三級礦用乳化炸藥及一支毫秒延期電雷管，并采用黃土及水袋進行封孔，每次允許爆破炮孔數(shù)量不得超過4個。

（4）導(dǎo)硐單茬松動爆破后及時采用風(fēng)鎬進行擴幫，擴幫寬度為1.5m，擴幫后及時對硐室頂板采取聯(lián)合支護措施。

3 聯(lián)合支護工藝研究

為了保證導(dǎo)硐施工安全，提高導(dǎo)硐頂板穩(wěn)定性，對導(dǎo)硐頂板采取“注漿+恒阻錨索+邁步式錨索吊棚”等聯(lián)合支護措施。

3.1 注漿支護

（1）為了防止工作面與導(dǎo)硐貫通后位于工作面?zhèn)葘?dǎo)硐頂板受煤柱切頂破壞，導(dǎo)致頂板斷裂破碎，導(dǎo)硐施工完成后對導(dǎo)硐位于工作面?zhèn)软敯宀扇∽{支護。

（2）導(dǎo)硐頂板施工一排注漿鉆孔，鉆孔呈直線布置，鉆孔施工在距工作面煤壁1.5m處，鉆孔間距為3.0m，直徑為45mm，鉆孔深度為5.0m，與頂板成30°仰角布置。

（3）注漿鉆孔施工完后，對注漿鉆孔安裝封孔器。由于封孔器對周圍巖體產(chǎn)生較大壓力，與圍巖煤體可緊密結(jié)合，從而起到有效的封口作用。封孔器安裝后將注射管注入到封孔器中，然后采用氣動2ZBQ210/4雙液注漿泵進行注漿施工。

（4）注漿液采用馬麗散與催化劑配比混合液，該注漿液具有滲透能力強、粘接效果好等優(yōu)點，而且具有較強的可塑性，可隨著圍巖變化而變化。注漿壓力控制在0.9～1.5MPa范圍內(nèi)。

3.2 恒阻錨索支護

受構(gòu)造應(yīng)力影響，在施工導(dǎo)硐時頂板破碎嚴重，采用傳統(tǒng)的錨桿支護無法起到預(yù)期懸吊及組合梁作用，研究決定對導(dǎo)硐頂板采取恒阻錨索配套“JW”型鋼帶聯(lián)合支護。

（1）由于F2斷層落差為1.2m，且為正斷層，導(dǎo)硐位置位于F2斷層下盤處，頂板煤巖體下移，導(dǎo)硐施工時頂板往上2.9m為4#煤層，不穩(wěn)定泥巖直接頂厚度為3.6m，為了保證頂板支護效果，決定采用長度為8.5m、直徑為21.6mm高強度預(yù)應(yīng)力恒阻錨索，每排施工4根，錨索間距×排距=1.0×2.0m。

（2）“JW”型鋼帶長度為3.2m，寬度為0.28m，厚度為4mm，每根鋼帶焊制5個直徑為30mm圓孔，與恒阻錨索配套使用，鋼帶與硐室垂直布置，排距為2.0m。

（3）為了提高恒阻錨索錨固效果，每根錨索采用四支錨固劑，兩支型號為MSCK23/38超快型，兩支MSCK23/60快速型，上部超快型下部快速型，錨固時間不得低于90s，等待時間不得低于480s，錨固后錨索錨固力不得低于100kN。

（4）恒阻錨索施工完后，將“JW”型鋼帶與錨索之間依次安裝拱形墊片及鎖具，并采用SKG225/17型張拉千斤進行預(yù)緊，預(yù)緊壓力不得低于26MPa，預(yù)緊后保證錨索外露長度控制在0.3m以內(nèi)。

3.3 邁步式錨索吊棚施工

為了進一步提高導(dǎo)硐頂板穩(wěn)定性，待頂板恒阻錨索施工完后對頂板施工兩排邁步式錨索吊棚。

（1）每架錨索吊棚由一根長度為3.0m的11#工字鋼梁及兩根長度為6.0m、直徑為17.8mm預(yù)應(yīng)力錨索以及鎖具、墊片等部分組成，每根鋼梁上焊制兩根圓孔，孔間距為2.0m。

（2）為了防止錨索吊棚出現(xiàn)切頂破壞，邁步式錨索吊棚與“JW”型鋼帶垂直布置。第一排錨索吊棚施工在距工作面?zhèn)让罕?.0m處，相鄰兩排錨索吊棚排距為1.5m，同一排相鄰兩架錨索吊棚間距為0.5m。

（3）錨索吊棚施工完后保證鋼梁平面與頂板接觸嚴實，且第二排錨索吊棚與第一排錨索吊棚成“邁步式”布置，即第二排第一架錨索吊棚與第一排第一架錨索吊棚錯位1.5m布置，如圖2所示。

圖2 導(dǎo)硐區(qū)域頂板聯(lián)合支護平面示意圖

4 結(jié) 語

針對8210工作面采用傳統(tǒng)的采煤機強行過斷層應(yīng)力區(qū)機械設(shè)備損壞率高、支架支護效果差、頂板破碎嚴重等問題，提出了導(dǎo)硐法過斷層破碎區(qū)，對導(dǎo)硐區(qū)域頂板采取“注漿+恒阻錨索+邁步式錨索吊棚”等聯(lián)合支護措施，取得了較好的效果。

（1）采用導(dǎo)硐法過F2斷層破碎區(qū)，對應(yīng)力區(qū)煤體應(yīng)力進行了有效釋放，工作面在后期回采過程中，頂板未出現(xiàn)嚴重破碎、冒落現(xiàn)象，液壓支架達到預(yù)期支護效果，初撐力及工作阻力提高至83%以上，工作面過斷層破碎區(qū)回采速度由3.2m/d提高至6.4m/d。

（2）采用聯(lián)合支護技術(shù)對導(dǎo)硐頂板進行聯(lián)合維護，保證了頂板穩(wěn)定性，提高了頂板承載能力，工作面與導(dǎo)硐貫通前后頂板未出現(xiàn)下沉、破碎現(xiàn)象，為工作面與導(dǎo)硐貫通后快速前移機械設(shè)備提供了有力保證。