張曉東

（大同煤礦集團有限責(zé)任公司挖金灣煤業(yè)有限公司，山西 大同 037042）

1 工程概況

挖金灣礦山4#煤層一盤區(qū)8105小煤柱工作面東部為8103工作面采空區(qū)，該工作面走向長度為1527m，傾斜長度為226.8m，煤層厚度1.47～3.90m,平均3.24m，煤層傾角為3°，屬近水平煤層，煤層頂?shù)装鍘r性如表1所示。工作面采用綜合機械化開采方法，MG800/2000-WD型采煤機割煤，ZZ13000/25/50型、ZZ13000/25/50H型(過渡架，工作面頭部3架尾部4架)、ZTZ1000/23/42型（端頭支架，工作面頭部1架）支撐掩護式液壓支架支護，全部垮落法管理頂板。工作面頭部從1321m開始揭露5m大斷層、1330m處出斷，尾部從1379m開始揭露、1390m處出斷，5m大斷層特性如圖1。

表1 頂?shù)装鍘r性

圖1 斷層特性圖

2 8105小煤柱工作面過5m斷層技術(shù)工藝

2.1 回采巷道頂板管理

1）2105巷聯(lián)合支護技術(shù)[1]的應(yīng)用：密切觀察順槽斷層范圍內(nèi)及前后20m頂板壓力變化情況，禁止回收巷道原有支護材料。過斷前在里程1316m～1340m斷層揭露處的頂板破碎區(qū)域采用施工懸吊鋼梁、打井字型木垛、充填羅克休、噴漿等聯(lián)合支護技術(shù)構(gòu)建人工頂板[2-3]，聯(lián)合支護參數(shù)及布置示意圖如圖2。

圖2 聯(lián)合支護參數(shù)及布置示意圖

施工工藝：打設(shè)工作平臺（腳手架和φ50mm×6m鋼管架打設(shè)長×寬×高為6m×5m×3m的平臺）→打錨索→安裝鋼梁（工字鋼垂直巷道走向布置，用70×70×10mm鋼墊片固定工字鋼）→拉桿穩(wěn)固鋼梁（拉桿規(guī)格為φ18×1200mm雙頭螺紋桿）→鋪鋼筋網(wǎng)（鋼筋網(wǎng)搭接間距≥200mm，并用14#鉛絲與鋼梁綁扎）→鋪設(shè)井字型木垛→噴漿。

技術(shù)要求：采用聯(lián)合支護技術(shù)后巷道斷面不得小于原設(shè)計斷面（5300mm×3500mm），且要保證巷道平緩不得有阻礙風(fēng)流的地方，同時鋼絞線鎖具外外露長度為250mm。

2）5105巷頂板管理：密切觀察順槽斷層范圍內(nèi)及前后20m頂板壓力變化情況，若巷道頂板出現(xiàn)縫隙等壓力顯現(xiàn)情況時，在距離煤柱側(cè)巷幫2.0m處增加一排支護。同時在1370m～1410m處補打錨索組，錨索組三花布置，組合錨索規(guī)格為φ17.8×8000mm（7000mm、6000mm）各一根，排距2000mm，間距3200mm，組合錨索布置示意圖如圖3。

圖3 組合錨索布置示意圖

3）調(diào)節(jié)機道寬度[4]：過斷期間，45#～56#支架處受斷層影響，頂板破碎程度較高，為較好地維護頂板確保安全生產(chǎn)，將45#～56#支架外側(cè)機道寬度縮減至2.0m，追機帶壓移架，從而縮短空頂時間和空頂面積，并且現(xiàn)場配備網(wǎng)徑為50mm×50mm的菱形金屬網(wǎng)（各金屬網(wǎng)搭接長度為200mm），確保安全過斷。

2.2 割煤工藝的調(diào)整和預(yù)裂孔技術(shù)的應(yīng)用

1）工作面?zhèn)涡闭{(diào)整[5]：為了縮短斷層在工作面推進時的暴露長度，減小煤機割矸量，并結(jié)合工作面設(shè)備技術(shù)性能及工作面實際情況，在工作面頭部遇斷開始按頭尾3:1進行推進，當(dāng)頭尾錯差15m時工作面正常推進，使斷層面與工作面的交角約為19°，斷層在工作面揭露6～18個支架，效果較明顯。過斷后按頭尾1:5調(diào)整工作面，直至頭尾平齊。

2）仰斜過斷[6]強行割矸：結(jié)合頂?shù)装鍘r性、斷層特性和巷道實際情況，1330m～1390m巷道需爬坡，為保證工程質(zhì)量及時安全順利通過斷層，結(jié)合刮板輸送機垂直方向上彎曲度的允許范圍（±3°），要求工作面從頭向尾與兩順槽平緩過度。具體為工作面頭部先挑頂扶底，中部尾部平緩過渡，當(dāng)斷層揭露在靠近尾部40個支架時，尾部挑頂扶底直至出斷。整體為工作面每刀挑頂60～100mm、抬底100mm，抬兩刀平割一刀，然后再抬兩刀平割一刀，經(jīng)25個循環(huán)（75刀）工作面推進至1390m共抬底5m，爬坡約為5°，仰斜過斷期間始終保證工作面采高在3.4～3.5m范圍內(nèi)，以此達到最佳工程質(zhì)量，仰斜過斷層示意圖如圖4。

圖4 8105工作面仰斜過斷層示意圖

3）割煤方式的調(diào)整：工作面內(nèi)斷層揭露的上盤巖層為白色細粒砂巖，下盤巖層為砂質(zhì)泥巖（深灰色泥巖），上盤白色細粒砂巖只在工作面尾部(108#～132#架)范圍內(nèi)厚度達到1.4m～2.6m，下盤白色細粒砂巖只在79#～98#支架范圍內(nèi)存在厚度達0.8m～1.6m。除此之外，工作面揭露白色細粒砂巖均在0～0.6m。下盤較松軟（f<4），可直接截割，為了降低巖石粒度，提高開機率，雙向割煤調(diào)整為單向割煤、減小截割深度、隨機帶壓移架[7]，及上行挑頂，下行割底（清浮煤），采煤機日均更換截齒率10.7%，較放炮松動巖石節(jié)約成本效果顯著，同時有利于保證工作面工程質(zhì)量和設(shè)備性能。

4）預(yù)裂孔松動技術(shù)的應(yīng)用：工作面推進至白色細粒砂巖暴露厚度達1.4m以上時，運用預(yù)裂孔技術(shù)破碎巖層。預(yù)裂孔松動技術(shù)屬該礦首次采用，綜合考慮割煤工藝、巖層巖性等制定兩套預(yù)裂孔技術(shù)參數(shù)，在白色細粒砂巖處預(yù)裂孔孔深為2.4m，泥質(zhì)砂巖處孔深為1.6m，孔徑均為φ42，預(yù)裂孔布置示意圖如圖5。

圖5 預(yù)裂孔布置示意圖

方案一：白色細粒砂巖揭露厚度在0.6～0.8m時，布置一排孔間距為0.5m的單排預(yù)裂孔；揭露厚度在0.8～1.4m時，預(yù)裂孔采用三花布置，孔間距0.5m；揭露厚度在1.4～2.6m時，預(yù)裂孔采用五花布置，頂?shù)卓组g距為1m,豎直方向上頂角孔上傾角約20°，底角孔下傾約10°，中間孔垂直鉆進。泥巖處和裂紋處均布置間距為0.8m單排預(yù)裂孔。

方案二：白色細粒砂巖揭露厚度在0.6～0.8m時，將孔間距縮小為0.3m布置單排預(yù)裂孔；揭露厚度在0.8～1.4m時，孔間距縮小為0.35m；揭露厚度在1.4～2.6m時，頂?shù)卓组g距縮小為0.7m，在巖石整體性良好的地方將頂?shù)卓组g距縮小為0.6m，并適當(dāng)?shù)脑黾拥卓着c薄弱面間距100mm，減小頂孔與頂板間距15mm。

通過在現(xiàn)場應(yīng)用預(yù)裂孔技術(shù)，觀察得到方案二較方案一大塊率降低74.3%，日均采煤機更換截齒率降低42%，方案二較傳統(tǒng)松動爆破打孔率平均增加73.2%，人工成本同比增加，但爆破材料使用量降為0，考慮對設(shè)備性能影響、人員安全等因素綜合比較預(yù)裂孔有顯著優(yōu)勢。

3 工作面回采巷道礦壓規(guī)律顯現(xiàn)

斷層影響范圍內(nèi)的回采巷道在工作面超前支撐壓力的作用下將發(fā)生較大變形通過對回采巷道圍巖的觀察，來判斷工作面過斷層開采的安全性，由觀察結(jié)果可知，8105工作面支撐壓力影響范圍約為0～33.8m，顯著影響區(qū)域為8.8m～20.8m。過斷期間，隨著工作面的推進2105巷頂?shù)装遄畲笠平考s為383～568mm，兩幫最大移近量約為108.3mm；5105巷底板鼓起量約為823mm（頂板已采用聯(lián)合支護技術(shù)），兩幫最大移近量為285mm。由此可見，5m斷層對工作面回采影響較大，在斷層附近采取的安全措施起到了很好的效果，同時還需延長2105巷斷層影響區(qū)域巷道頂板支護，加強5105巷頂?shù)装搴蛢蓭偷墓芾怼?/p>

4 經(jīng)濟效益分析

1）8105小煤柱工作面過5m斷層采取的聯(lián)合支護技術(shù)、割煤工藝的調(diào)整和預(yù)裂孔松動技術(shù)均起到了很好的效果，過斷期間也發(fā)現(xiàn)了一定的不足之處，為此后我礦及周邊延伸礦提供了一定的技術(shù)支撐和優(yōu)化方向。

2）過斷后，該礦可多回采177m，過斷期間洗耗按50%計算，正常推進按40%計算，可多回采精煤約11萬噸，除去材料損耗、人工成本經(jīng)濟效益增加約3千多萬元。

5 結(jié)語

此套過斷層技術(shù)工藝融合了聯(lián)合支護技術(shù)、工作面?zhèn)涡闭{(diào)整、割煤方式調(diào)整、預(yù)裂孔松動技術(shù)安全通過了斷層，降低了過斷成本的投入，更大限度地提高了煤炭資源回收率，創(chuàng)造了顯著的經(jīng)濟效益，同時也為搬家倒面節(jié)省了時間，確保了回采接續(xù)，同時總結(jié)了豐富小煤柱工作面過斷經(jīng)驗，為類似工程提供了有力的技術(shù)支持和可以借鑒的實際案例。