崔瑞軍

（山西汾西礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，山西 介休 032000）

引言

斷層是煤礦采掘工作面最常見(jiàn)的地質(zhì)構(gòu)造，當(dāng)斷層結(jié)構(gòu)復(fù)雜、落差較大、斷層帶煤巖破碎時(shí)會(huì)對(duì)采掘工作造成較大影響，尤其是對(duì)于綜采工作面來(lái)說(shuō)，由于采高大，揭露斷層范圍大，工作面超前支承壓力對(duì)斷層產(chǎn)生壓裂等破壞作用，過(guò)斷層期間往往容易因頂板破碎而產(chǎn)生大范圍的冒頂、片幫，甚至造成工作面垮塌、人員傷亡等嚴(yán)重事故。關(guān)于工作面過(guò)斷層期間的施工工藝及頂板支護(hù)措施，行業(yè)內(nèi)已經(jīng)做過(guò)大量研究，技術(shù)已經(jīng)比較成熟，例如工作面過(guò)平行斷層時(shí)，將工作面適當(dāng)調(diào)斜，避免斷層面一次揭露范圍過(guò)大而造成劇烈破壞；工作面過(guò)斷層時(shí)適當(dāng)降低采高，減少矸石截割量；對(duì)斷層區(qū)頂板采取掛網(wǎng)、注漿加固等支護(hù)措施等[1-4]。但對(duì)于具體的地質(zhì)生產(chǎn)條件，尤其是當(dāng)?shù)貞?yīng)力較大、斷層構(gòu)造復(fù)雜、斷層面圍巖破碎程度較高時(shí)，還需要制定專項(xiàng)的過(guò)斷層技術(shù)措施及頂板加固措施。本文即針對(duì)汾西礦業(yè)集團(tuán)南關(guān)煤業(yè)公司3205工作面過(guò)斷層期間的頂板支護(hù)難題展開研究，制定合理的過(guò)斷層技術(shù)措施及頂板注漿加固方案，并在工程現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行具體實(shí)施。

1 工程概況

3205 工作面位于南關(guān)煤業(yè)公司井下三采區(qū)，埋深400 m～500 m。工作面所采2#煤層為山西組下段煤層，該煤層區(qū)內(nèi)穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)中等至復(fù)雜，煤層厚度平均2.4 m，區(qū)內(nèi)煤層傾角0°～12°，平均6°。煤層頂?shù)装鍡l件，如表1 所示。3205 工作面傾向長(zhǎng)度140 m，走向長(zhǎng)度600 m，采高2.4 m，工作面“三機(jī)配套”為掩護(hù)式液壓支架90 臺(tái)（ZZ4000-14/32 型）、滾筒式采煤機(jī)1 臺(tái)（MG300/700-QWD 型）、刮板輸送機(jī)1 部（SGZ-764/800 型）。采用走向長(zhǎng)壁后退式采煤法，綜采工藝，自然垮落法管理頂板。

表1 煤層頂?shù)装鍘r性特征表

工作面正常生產(chǎn)期間，直接頂隨采隨冒，充填入采空區(qū)，老頂隨工作面推進(jìn)周期性破斷，自然沉降到冒落的直接頂矸石上，并產(chǎn)生周期性來(lái)壓，過(guò)斷層期間采用特殊的推采工藝及頂板管理措施。地質(zhì)說(shuō)明書等資料顯示，工作面推進(jìn)至400 m左右時(shí)將揭露一條正斷層，編號(hào)為F7，斷層落差為2 m，接近工作面采高，斷層走向與工作面傾向方向呈10°夾角，工作面機(jī)頭處先揭露，并向機(jī)尾處延伸，為典型的斜角斷層。根據(jù)鄰近工作面及本工作面前期回采經(jīng)驗(yàn)，本區(qū)域斷層帶圍巖膠結(jié)性差，破碎度高，工作面揭露斷層后往往出現(xiàn)一至數(shù)個(gè)漏矸口，破碎煤巖迅速涌入，造成工作面多處漏頂連帶片幫，處理極為困難。因此，工作面過(guò)F7 斷層引起礦方高度重視，預(yù)先分析相關(guān)難點(diǎn)并制定相關(guān)措施，保障工作面安全推過(guò)F7 斷層。

2 工作面過(guò)F7 斷層難點(diǎn)分析

斷層對(duì)工作面推進(jìn)影響的難易程度不一，斷層落差、走向、與工作面夾角、煤層條件、支護(hù)方式等均有所影響，綜合運(yùn)用現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研、理論分析及文獻(xiàn)查閱等研究方法，對(duì)工作面過(guò)F7 斷層的工程難點(diǎn)進(jìn)行分析[5-7]。

1）斷層帶圍巖破碎、膠結(jié)性差。現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，本工作面斷層帶圍巖膠結(jié)性較差，圍巖整體上呈松散破碎狀態(tài)，割煤后頂板圍巖臨空，如果支護(hù)不及時(shí)，斷層帶的破碎矸石易冒落，表現(xiàn)為端面冒頂片幫，直至矸石形成拱式結(jié)構(gòu)堵塞漏矸口。

2）采場(chǎng)壓力顯現(xiàn)強(qiáng)烈?，F(xiàn)場(chǎng)礦壓觀測(cè)結(jié)果顯示，本工作面來(lái)壓期間礦壓顯現(xiàn)較為強(qiáng)烈，采場(chǎng)圍巖承受的動(dòng)壓荷載較大，來(lái)壓期間，端面煤巖體易受擠壓并向回采空間運(yùn)動(dòng)，過(guò)斷層期間圍巖破碎，更易發(fā)生冒頂片幫。

3）斷層落差較大，割煤層位控制難度大。斷層落差接近工作面采高，斷層線附近接近全巖回采，同時(shí)，落差大導(dǎo)致工作面層位調(diào)整難度大，過(guò)斷層速度慢，端面煤巖暴露時(shí)間長(zhǎng)，于支護(hù)不利。

綜上所述，3205 工作面過(guò)斷層期間面臨諸多客觀難點(diǎn)，必須制定專項(xiàng)的過(guò)斷層技術(shù)措施及頂板加固措施，保障工作面安全推過(guò)F7 斷層。

3 巷道過(guò)斷層工藝及頂板支護(hù)方案設(shè)計(jì)

3.1 過(guò)斷層期間推采工藝設(shè)計(jì)

如圖1 所示，根據(jù)具體的地質(zhì)生產(chǎn)條件，結(jié)合本礦工作面過(guò)斷層經(jīng)驗(yàn)及相關(guān)理論依據(jù)，設(shè)計(jì)3205 工作面過(guò)斷層期間的推采工藝，由于F7 斷層走向與工作面傾向方向呈10°夾角，工作面機(jī)頭處先揭露，并向機(jī)尾處延伸，設(shè)計(jì)在機(jī)頭距斷層線5 m 時(shí)以機(jī)頭為軸進(jìn)行調(diào)斜，將工作面推進(jìn)方向調(diào)至與斷層平行，然后平行推過(guò)斷層，再以7°俯角下山沿煤層推進(jìn)，推采5 m 后再以機(jī)尾為軸進(jìn)行調(diào)斜至工作面垂直推進(jìn)，直至割煤層位到達(dá)煤層底板，具體為：

圖1 工作面過(guò)斷層調(diào)斜工藝示意圖

1）根據(jù)區(qū)段平巷中揭露的斷層產(chǎn)狀，可預(yù)測(cè)斷層在工作面中的走向，在到達(dá)斷層之前，將開始承受斷層區(qū)的集中應(yīng)力影響，此時(shí)應(yīng)開始著重加強(qiáng)頂板管理，適當(dāng)減小采煤機(jī)一次割煤進(jìn)尺，并及時(shí)采取跟機(jī)移駕、帶壓移駕等措施。

2）在機(jī)頭距斷層5 m、機(jī)尾距斷層25 m 時(shí)開始對(duì)工作面進(jìn)行調(diào)斜，調(diào)斜以機(jī)頭2#液壓支架為軸，機(jī)頭不推進(jìn)，機(jī)尾逐循環(huán)加刀推進(jìn)，預(yù)計(jì)需要9 個(gè)加刀割煤循環(huán)，直至將工作面推進(jìn)方向調(diào)至與斷層平行。

3）工作面持續(xù)推進(jìn)，為偽傾斜開采，推進(jìn)5 m 后將揭露F7 正斷層，揭露斷層后工作面即開始以7°俯角下山沿煤層推進(jìn)，再推采5 m 后則進(jìn)行第二次工作面調(diào)斜，第二次調(diào)斜以機(jī)尾為軸，機(jī)尾不推進(jìn)，機(jī)頭逐循環(huán)加刀推進(jìn)，調(diào)至工作面垂直推進(jìn)。

4）工作面推過(guò)斷層后約15 m 處將進(jìn)入斷層上盤，可見(jiàn)上盤的煤層底板，此時(shí)開始調(diào)整采煤機(jī)的割煤角度，直至割煤層位到達(dá)煤層底板，然后開始沿煤層底板正常推進(jìn)。

3.2 過(guò)斷層期間頂板注漿加固方案設(shè)計(jì)

過(guò)斷層期間采場(chǎng)圍巖破碎，外部支護(hù)可采取液壓支架前探梁、護(hù)幫板、打貼幫柱等措施，內(nèi)部支護(hù)則可采用注漿加固及錨桿支護(hù)等措施。

注漿加固對(duì)破碎圍巖適應(yīng)性極強(qiáng)，能夠迅速將破碎巖石進(jìn)行膠結(jié)，形成具有承載性能的結(jié)構(gòu)。本工作面采用馬麗散注漿材料，注漿液在注漿泵的壓力下可沿煤巖層裂縫延展直到將所有裂隙被充填；當(dāng)漿液遇水后繼續(xù)產(chǎn)生關(guān)聯(lián)反應(yīng)，發(fā)生膨脹，在膨脹壓力的作用下產(chǎn)生二次滲壓（膨脹倍數(shù)為20 倍～25 倍），高壓推力與二次滲壓將馬麗散壓入并充滿所有縫隙，從而達(dá)到止漏目的。漿液A 與B 按照1∶1 的質(zhì)量比進(jìn)行配置，注漿時(shí)沿工作面煤壁頂部布置一排注漿鉆孔，注漿孔均距頂板1 m，向上呈8°角打設(shè)，鉆孔深3 m，間距為5 m，封孔1.5 m。

3.3 過(guò)斷層期間頂板特殊管理措施

1）要做好工作面來(lái)壓的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)及人工應(yīng)對(duì)措施，避免來(lái)壓造成安全事故，應(yīng)有專人負(fù)責(zé)礦壓觀測(cè)并加強(qiáng)工作面的礦壓觀測(cè)和來(lái)壓預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)。

2）過(guò)斷層期間執(zhí)行超前移架及帶壓移架等措施，且液壓支架必須拉移到位，前梁進(jìn)抵煤壁，保證端面距不超過(guò)340 mm，液壓支架護(hù)幫板及時(shí)伸出對(duì)煤壁形成有效支護(hù)。

3）當(dāng)采煤機(jī)頂板破碎、冒落發(fā)生時(shí)，應(yīng)采用超前方法將采煤機(jī)前方液壓支架拉出。采煤機(jī)在此處采煤時(shí)，應(yīng)沿頂梁下緣行走，以保護(hù)破碎頂板。

4）工作面過(guò)斷層時(shí)須及時(shí)編制專門安全技術(shù)措施，加強(qiáng)頂板管理工作。在頂板破碎的地段，應(yīng)采取及時(shí)拉超前架或支設(shè)點(diǎn)柱的方法維護(hù)頂板。

5）架前出現(xiàn)漏冒頂時(shí)必須嚴(yán)格按照接頂安全技術(shù)措施進(jìn)行有效接頂，煤壁片幫深度過(guò)大，伸前探梁及拉移超前液壓支架無(wú)法進(jìn)行有效護(hù)幫護(hù)頂時(shí)，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)在液壓支架前方采用單體液壓支柱進(jìn)行貼幫加強(qiáng)支護(hù)，防止漏冒頂片幫事故擴(kuò)大。

4 工程實(shí)踐

按照所設(shè)計(jì)的方案對(duì)過(guò)斷層期間的推采工藝進(jìn)行調(diào)整，工作面一次性順利推過(guò)斷層，最大限度的減少了過(guò)斷層的時(shí)間影響，節(jié)省了時(shí)間成本；同時(shí)，在過(guò)斷層期間加強(qiáng)工作面及兩巷礦壓觀測(cè)，液壓支架及單體液壓支柱壓力穩(wěn)定，頂板下沉量控制在正常范圍；工作面局部片幫較嚴(yán)重，但由于超前實(shí)施了馬麗散注漿加固，對(duì)斷層線附近圍巖進(jìn)行充填膠結(jié)，基本未出現(xiàn)架前漏頂及嚴(yán)重冒頂事故，巷道頂板也未出現(xiàn)明顯離層及頂板漏冒、墜網(wǎng)現(xiàn)象，整體處于穩(wěn)定狀態(tài)。

5 結(jié)語(yǔ)

關(guān)于工作面過(guò)斷層的施工方案，業(yè)內(nèi)已有一套相對(duì)成熟的原則和方案，但針對(duì)特定的工程背景，還需要針對(duì)其地質(zhì)生產(chǎn)條件設(shè)計(jì)合理的推采工藝及支護(hù)方案，如果設(shè)計(jì)的方案與現(xiàn)場(chǎng)條件不匹配，就有可能造成過(guò)斷層期間所做工作事倍功半，還有可能造成嚴(yán)重的冒頂事故。本文即針對(duì)3205 工作面過(guò)F7 斷層的支護(hù)難題，設(shè)計(jì)了專項(xiàng)的過(guò)斷層技術(shù)措施及頂板加固措施，并成功用于工程實(shí)踐，保障了過(guò)斷層期間的安全、順利作業(yè)，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期目的，保障了安全生產(chǎn)。