文/王滿旺

山西鉅盛能源集團(tuán)公司針對(duì)5號(hào)煤層煤質(zhì)松軟易發(fā)生片幫的問(wèn)題，通過(guò)理論分析和數(shù)值試驗(yàn)，綜合分析綜采面煤壁片幫機(jī)理，并得出在相同的地質(zhì)條件下，俯采比仰采更安全，煤壁片幫程度小，煤壁穩(wěn)定性好，保證了安全開采。

一、工作面特征

山西鉅盛能源集團(tuán)公司5號(hào)煤層為近水平煤層，頂板松軟破碎，直接頂為炭質(zhì)泥巖。工作面南北走向長(zhǎng)，在巷道掘進(jìn)過(guò)程中揭露斷層，對(duì)工作面正常回采帶來(lái)了較大影響。

煤層底板起伏較大，全褶曲區(qū)發(fā)育。因工作面回采煤層部分位于褶曲構(gòu)造中，回采過(guò)程中采用先仰采，隨后逐漸過(guò)渡到俯采。煤層在由背斜向水平過(guò)渡階段，煤層角度是變化的，為此，按煤層俯角的大小對(duì)本段煤層分為三段，第一段俯角平均為5°，水平距離約為 60m；第二段為 6°～8°，水平距離為 150m；第三段為10°，水平距離為57m。見圖1所示。

圖1煤層起伏角度分段

二、過(guò)斷層具體施工方法

1.最小采高確定

hmin=h1+h2+h3為工作面過(guò)斷層時(shí)的最小采高的計(jì)算公式：其中液壓支架頂梁厚度為h1、機(jī)身高度為h2、過(guò)煤空隙余量為h3；當(dāng)支架一級(jí)、二級(jí)護(hù)幫板收回后頂梁厚度h1為650mm，滾筒直徑、機(jī)身高度最大者h(yuǎn)2為2800mm，h3過(guò)煤空隙余量為400mm，另外考慮頂板下沉等不確定因素，將最小高度hmin定為4.0m。

2.過(guò)斷層施工方法

（1）對(duì)上、下盤煤層相交厚度為2.6m，煤層厚度為5.2m，最小采高為4.0m的煤層，且煤層偽頂和直接底均為強(qiáng)度較低的泥巖，偽頂為0.4m，直接底為0.8m，可采用“直接過(guò)”斷層采煤法，即從割上盤煤層的偽頂留底煤，進(jìn)入下盤后割0.8m直接底留頂煤，當(dāng)工作面進(jìn)入下盤后，逐漸增加到正常采高。

具體方法是：在距斷層特定處前通過(guò)逐漸加大底煤的留量來(lái)降低采高，每刀煤采高保持在以100mm標(biāo)準(zhǔn)降低，工作面以8°仰采，工作面底部先揭露斷層，在距斷層1.0m處時(shí)采高降為4m，此時(shí)開始通過(guò)割偽頂使采高維持在4m，采煤機(jī)以保持0.8m的臥底量割下盤的底板，直到工作面順利通過(guò)斷層，見圖2所示。

圖2直接過(guò)斷層采煤法

（2）對(duì)傾角為 30°～40°的斷層，落差在 2.5m，斷層條件相似，同樣采取“硬過(guò)”斷層法，但不同的是從斷層下盤向斷層上盤推進(jìn)，在下盤時(shí)需通過(guò)留頂煤來(lái)降低采高，同時(shí)需要割底板。

具體方法是：將采高在距斷層10m處降低為4m，此時(shí)對(duì)頂煤進(jìn)行注漿加固，同時(shí)開始割底板，每刀煤采煤機(jī)以112mm增加臥底量，工作面以8°俯采，當(dāng)采煤機(jī)推進(jìn)5.6m后工作面頂部先揭露斷層，此時(shí)對(duì)斷層面進(jìn)行注漿加固，保持采煤機(jī)臥底量不變，采高維持在4m，直到工作面完全進(jìn)入斷層上盤，見圖3所示。

圖3

圖4斷層面注漿孔布置示意圖

3.斷層面附近的注漿加固措施

由于工作面構(gòu)造區(qū)域內(nèi)的煤、矸交界區(qū)域煤壁破碎、片幫大。若采用單體柱配合板梁在煤幫做臨時(shí)支護(hù)方式，則作業(yè)人員多、作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)、工作量大，易發(fā)生人身安全事故，并且片幫過(guò)大極易引發(fā)大面積冒頂事故，因此在斷層附近對(duì)煤體進(jìn)行注漿加固是必要的。

（1）斷層面注漿。由于斷層走向有一定坡度，工作面上端頭首遇斷層，因此，在距回風(fēng)順槽揭露斷層1m前處，即對(duì)工作面煤壁進(jìn)行注漿加固，直到工作面順利通過(guò)斷層。依據(jù)注漿加固的經(jīng)驗(yàn)，設(shè)置單排注漿孔，注漿高度在采高的2/3處，孔深5m，每推進(jìn)4m注漿一次，也可根據(jù)回采工作面的現(xiàn)場(chǎng)情況采用局部打孔注漿法，見圖4所示。

（2）留頂煤注漿。當(dāng)工作面通過(guò)斷層下盤區(qū)和工作面在下盤區(qū)降低采高時(shí)都需對(duì)頂煤進(jìn)行注漿加固，注漿方案與煤壁注漿方案相似，采用單排注漿孔和局部打孔注漿。

4.過(guò)斷層期間回采工藝控制

結(jié)合工作面正常回采期間礦壓顯現(xiàn)的規(guī)律和5號(hào)煤層頂板極易冒落、松散垮落的特點(diǎn)，采取以下措施保證工作面過(guò)斷層期間的支護(hù)安全：

（1）及時(shí)有效支護(hù)。支架頂梁接頂要嚴(yán)實(shí)，支架初撐力要達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。采煤過(guò)斷層時(shí)，按照“壓頂移架，超前移架”的規(guī)定，做到及時(shí)支護(hù)。

（2）回風(fēng)順槽預(yù)先加強(qiáng)支護(hù)，將超前支護(hù)范圍從40m調(diào)整到60m。

（3）采煤工序嚴(yán)密配合。過(guò)斷層期間采煤機(jī)割煤時(shí)，支架工要與采煤機(jī)司機(jī)密切配合，超前將前滾筒2架移架收回護(hù)幫板，滯后前滾筒2～3架移架并打出一級(jí)護(hù)幫板，滯后采煤機(jī)后滾筒2～3架打出二級(jí)護(hù)幫板，以防冒頂或片幫。

（4）采煤機(jī)司機(jī)要根據(jù)順槽的坡度逐步調(diào)整采煤機(jī)的臥底量。工作面不得出現(xiàn)臺(tái)階，以免影響設(shè)備推移。

三、綜采工作面俯采技術(shù)方案

當(dāng)俯采角度小于6°時(shí)，工作面正?；夭刹粫?huì)受到影響，因此工作面在背斜下坡段回采時(shí)，一般不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題；而當(dāng)俯采角度為10°時(shí)，角度較大，回采過(guò)程中預(yù)計(jì)出現(xiàn)的問(wèn)題為：支架穩(wěn)定性差；推移刮板運(yùn)輸機(jī)困難，易側(cè)翻；采煤機(jī)裝煤效果差；采煤機(jī)易向煤壁前傾，滑靴容易壞；矸石易從架間、上下隅角竄出工作面；工作面涌水量大，易造成底板泥巖軟化、支架鉆底。

1．支架穩(wěn)架技術(shù)措施

頂板移動(dòng)對(duì)支架產(chǎn)生的垂直作用力可增加支架的摩擦阻力，有利于支架的穩(wěn)定。而頂板移動(dòng)對(duì)支架產(chǎn)生的側(cè)向力，可導(dǎo)致支架傾倒。

結(jié)合5號(hào)煤層的實(shí)際，在工作面俯采時(shí)，其影響支架穩(wěn)定性的因素有：支架穩(wěn)定性越好，頂、底板與支架摩擦阻力越大；支架初撐力越大，穩(wěn)定性越好；回采進(jìn)度越快，支架受頂板側(cè)向壓力越小，支架穩(wěn)定性越好。提高支架穩(wěn)定性的具體措施：

（1）提高支護(hù)阻力。通過(guò)多種措施增加泵站的動(dòng)力，確保較大的初撐力。正常回采時(shí)支架的支撐力按規(guī)程要求為24MP時(shí)，支架穩(wěn)定性比較好。

（2）提高采煤機(jī)截割質(zhì)量，確保頂、底板平整，移架前要清理干凈架前浮煤，確保支架底座與底板嚴(yán)密接觸，頂板破碎時(shí)要做好超前支護(hù)，確保頂、底板與支架之間的摩擦系數(shù)。

（3）控制采高，適當(dāng)提高推進(jìn)速度?？刂撇筛呓档椭Ъ苤匦?，有效保持支架的穩(wěn)定性；適度提高推進(jìn)速度，及時(shí)支護(hù)，既有效控制冒頂和控頂距的增加，又可減輕支架的壓力。

（4）在卸載降架、移架的時(shí)候，抗滑力僅依靠底板摩擦力，因此移架時(shí)要采用“帶壓移架”的方式，做到“少降快拉”，確保穩(wěn)定。

2.回采中防止刮板輸送機(jī)及煤機(jī)前傾的措施

（1）通過(guò)在端頭連接處增加一個(gè)限位塊，改變輸送機(jī)溜子的受力方向，使溜子受力點(diǎn)下移。

（2）用單體液壓支柱壓住推拉頭進(jìn)行推移輸送機(jī)，單體支柱一端打在十字頭上，另一端打在支架頂梁上，形成一定的角度。

在回采中對(duì)于采煤機(jī)向煤壁前傾問(wèn)題，可提高導(dǎo)向滑靴和平板滑靴，這樣可減小采煤機(jī)傾斜角度，同時(shí)使采煤機(jī)重心向采空區(qū)偏移，有效防止采煤機(jī)傾倒及減少采煤機(jī)行走齒和滑靴的磨損，確保俯采階段工作面正規(guī)循環(huán)作業(yè)。

此外，在工作面俯采時(shí)，因采煤機(jī)自身裝煤效果較差導(dǎo)致刮板運(yùn)輸機(jī)前面的浮煤很多，造成推移步距達(dá)不到要求，特別是支架角度與溜子角度不一致時(shí)，會(huì)造成推溜時(shí)刮板運(yùn)輸機(jī)擋煤板側(cè)翹起。

為了保證刮板運(yùn)輸機(jī)推移到位，首先要嚴(yán)格控制工作面層位，使支架底座及推移千斤頂、刮板運(yùn)輸機(jī)和煤層回采角度一致，這樣前三者在一個(gè)傾斜平面上才能保證刮板運(yùn)輸機(jī)推移到位。因此，管理人員每個(gè)循環(huán)都必須測(cè)量支架、刮板運(yùn)輸機(jī)、煤層的角度。當(dāng)層位失控出現(xiàn)下剎角度過(guò)大時(shí)，應(yīng)用千斤頂把刮板運(yùn)輸機(jī)鏟煤板側(cè)掛在前梁處起吊，以減小角度。當(dāng)角度較小時(shí)，要將刮板運(yùn)輸機(jī)拉回采煤機(jī)，重新下扎掃底，保證正常運(yùn)行。

3.防竄矸技術(shù)措施

（1）封閉墻防竄矸石技術(shù)措施。將封閉墻底板臥成平臺(tái)并打設(shè)木垛，確保木垛向采空區(qū)方向有傾角，木垛采用耙釘進(jìn)行整體加固，用鋼絲繩將其固定在巷幫錨桿上，并采用裝矸石的編織袋對(duì)木垛空隙處進(jìn)行封嚴(yán)，防止向采空區(qū)竄風(fēng)。同時(shí)，該技術(shù)方案要充分考慮木垛對(duì)頂板有一定的支撐作用，避免在工作面來(lái)壓期間頂板垮落，采空區(qū)氣浪瞬間涌出造成瓦斯超限。

（2）工作面防竄矸技術(shù)措施。一是為了防止間隙過(guò)大導(dǎo)致采空區(qū)竄矸。移架時(shí)，要及時(shí)使用側(cè)護(hù)板調(diào)架，縮小各架間隙。二是“帶壓擦頂”移架時(shí)，要控制好降柱幅度，防止破碎偽頂矸石滑落到工作面內(nèi)造成事故。

（3）兩巷防竄矸(煤)技術(shù)措施。在距離運(yùn)輸機(jī)機(jī)尾的固定處設(shè)置擋矸網(wǎng)，將錨網(wǎng)用鐵絲固定在軌道順槽超前支護(hù)的單體支架上，兩支架之間用半圓木做撐子，掛好網(wǎng)后，防止采煤機(jī)在機(jī)尾10m范圍內(nèi)割煤時(shí)工作面煤矸沿順槽竄矸傷人。尤其是突然停機(jī)時(shí)，大塊矸石(煤塊)易在慣性作用下竄出傷人，因此，在行人側(cè)安設(shè)防護(hù)裝置，確保安全生產(chǎn)。