（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)首陽煤礦 山西 048400）

引言

綜采工作面的過程當(dāng)中會有遇到斷層帶的情況，在這個狀態(tài)下，由于受到回采應(yīng)力以及構(gòu)造應(yīng)力等因素的影響，容易導(dǎo)致工作面發(fā)生煤壁片幫、頂板破碎以及端面間距增加或者工作面的超前區(qū)產(chǎn)生頂板斷裂的事故。由于在采用液壓支架支護(hù)斷層破碎區(qū)的過程當(dāng)中，沒有辦法提供足量的工作阻力用于支撐破碎區(qū)頂板，由此引發(fā)支護(hù)效果嚴(yán)重下降。與此同時，在移架支架的過程當(dāng)中也很容易引發(fā)頂板冒落以及倒架的故障，很容易引發(fā)工作面回采的安全隱患。因此，在綜采工作面的過斷層期間應(yīng)嚴(yán)格遵照實(shí)際的情況選擇有效的對應(yīng)措施，比如合理地控制斷層帶頂板。本研究將選取晉能控股煤業(yè)集團(tuán)（以下簡稱：晉能集團(tuán)）的首陽煤礦工作面（15103）作為研究對象，進(jìn)而提出“聚氨醋纖維網(wǎng)配套JW錨索梁+超前支護(hù)”的方案用以工作面過F5斷層過程中的頂板進(jìn)行處理。

1.概述介紹

晉能集團(tuán)首陽煤礦的工作面（15103）的位置處在一采區(qū)的區(qū)中西部，南邊有一采區(qū)輔運(yùn)巷，北邊是小窯破壞區(qū)的保安煤柱，在東邊是已經(jīng)采的工作面（15101），西邊是已經(jīng)采的工作面（15102）。具體的工作面（15103）規(guī)格如下，其回采煤層是15#，煤的厚度范圍約為4.3米至4.9米，平均厚度在4.6米左右，煤層之間含有零至兩層的夾石，且單層的夾石厚度范圍約為0.1米至1米之間，該工作面的特點(diǎn)是煤層賦存相對比較穩(wěn)定。設(shè)計的工作面的切巷長是約192.5米，設(shè)計的運(yùn)輸順槽的長度是約950米，設(shè)計的回風(fēng)順槽的長度是約980米，并且工作面的可采長度是約840米。

工作面（15103）綜采的工藝是綜采一次采全高采煤法，其采煤的高度是4.5米。根據(jù)有關(guān)的地質(zhì)資料可知，當(dāng)工作面回采到位于514米高的地方時會在其尾部暴露一個F5的正斷層，其斷層的規(guī)格如下，傾角約是78度，落差約達(dá)2米左右，工作面的回采受到斷層的影響約為68米左右。直到約2018年10月22日當(dāng)天為止，工作面的已回采長度約達(dá)514米左右，然而，處在頭部的1至5號位置的支架當(dāng)中的煤壁和頂板產(chǎn)生比較嚴(yán)重的破碎，拉長了工作面回采的時間，降低了速度，增加了頂板維護(hù)的難度，對工作面回采過程的安全產(chǎn)生了嚴(yán)重的威脅。

2.關(guān)于工作面過F5斷層的問題解析

(1)煤壁以及頂板的嚴(yán)重破碎問題

工作面15103選用的采煤方法為綜采一次采全高采煤法，在回采過F5斷層的時候，由于受到回采應(yīng)力以及周期來壓等因素的影響，容易導(dǎo)致工作面頂板發(fā)生煤層破碎，并且降低頂板的承載能力。在工作面采煤之后，基于支架頂梁的切頂作用，會引起端面處發(fā)送嚴(yán)重的頂板破碎現(xiàn)象。除此之外，在綜采工作面進(jìn)程中還容易遇到斷層帶。在此情境下，基于構(gòu)造力以及回采應(yīng)力等影響，會引起眾多事故，包括比如頂板破碎、煤壁片幫等。

(2)具有較差的支架支護(hù)效果

當(dāng)在斷層的破碎帶區(qū)采用支架頂梁支護(hù)破碎頂板時，由于頂梁中存在垂直向上的阻力，會加劇對頂板產(chǎn)生的破碎力度，從而導(dǎo)致支架頂梁的上方發(fā)生破碎，并且會移向支架頂梁的前方和后方，由此引發(fā)支架頂梁的上方產(chǎn)生鏤空，具有較低的支護(hù)效果。

(3)超前區(qū)的頂板產(chǎn)生斷裂

在進(jìn)行工作面回采過程當(dāng)中，工作面的前方5米至10米的范圍之中會容易產(chǎn)生破壞工作面的超前頂板的超前應(yīng)力。除此之外，在過斷層帶的過程當(dāng)中，處在運(yùn)輸順槽側(cè)煤柱的支撐作用力較低的時候，很容易在超前區(qū)發(fā)生頂板斷裂。與此同時，伴隨工作面的前移會使得斷裂區(qū)向工作面的走向處發(fā)生不斷延伸，從而導(dǎo)致更嚴(yán)重的頂板破碎。

(4)放煤的量不充分

工作面（15103）過斷層期間破斷層上盤底巖，因?yàn)閿鄬覨5的落差是1.5米，導(dǎo)致斷層前方的煤體發(fā)生上移的現(xiàn)象。但是，由于工作面回采的煤層厚度達(dá)到12.3米厚，使得增加了工作面直接過斷層的時候斷層上盤的放煤高度，基于頂煤的放煤不夠充分，引發(fā)未放下的頂煤會滯留在采空區(qū)當(dāng)中累積大量的遺煤，對采空區(qū)的安全管理非常不利。

3.控制斷層帶位置頂板的措施分析

(1)煤層深孔爆破預(yù)裂

在煤層與直接頂間之間進(jìn)行施工深孔并定向爆破。在防止破壞直接頂?shù)幕A(chǔ)上，煤層和直接頂之間產(chǎn)生裂隙和工作面煤層相平行。在放煤的過程中由于裂隙產(chǎn)生的作用，導(dǎo)致煤層和直接頂充分地脫落。

當(dāng)工作面回采到大概514米處的時候，于工作面前方的5米的位置中的回風(fēng)順槽側(cè)煤壁進(jìn)行三個爆破預(yù)裂孔的施工。具體而言，三個終孔的位置規(guī)格如下，第一個終孔與運(yùn)輸順槽相距15米，第二個終孔與運(yùn)輸順槽相距10米，第三個終孔與運(yùn)輸順槽相距5米。于此同時，所有的預(yù)裂孔終孔都處在煤層和直接頂?shù)慕唤用?，并且，每間隔10米會施工一組預(yù)裂孔，每組預(yù)裂孔的水平投影將位于同一根直線。

在完成爆破預(yù)裂孔的施工后，需要在同一組的預(yù)裂孔中填裝一根定向聚能管（長度是1米），與此同時，還需要焊制4個圓孔（直徑10毫米）均勻分布在聚能管的兩邊。每一組的預(yù)裂孔在每次爆破時爆破的順序是從里向外實(shí)現(xiàn)依次爆破，并且，每次允許爆破孔的數(shù)量是1個。

(2)鋪設(shè)聚酯纖維柔性網(wǎng)

工作面（15103）斷層帶處選取采用的是型號為JDPET600×600MS的聚醋纖維柔性網(wǎng)，其中，規(guī)格如下，每一個卷網(wǎng)的寬度是20米，長度是60米，只需要在工作面（15103）過斷層的期間鋪設(shè)聚酯纖維柔性網(wǎng)。

在聚醋纖維柔性網(wǎng)鋪設(shè)的設(shè)置方面，沿著工作面的傾向方向進(jìn)行鋪設(shè)的寬度大約是10米左右。當(dāng)工作面回采到約514米的位置，應(yīng)在支架頂梁的前方鋪設(shè)一卷纖維網(wǎng)，與此同時，采取單錨桿對此固定，并保持錨桿之間的距離為3米，總共進(jìn)行7根的施工。在固定好聚醋纖維柔性網(wǎng)之后，在端面破碎頂板的地方施工一排由兩根長是4米的錨索和一根JW型鋼梁構(gòu)成的“JW”型錨索梁，其中，在布置的過程中應(yīng)保持錨索梁和工作面相互平行，并且每排布置間距1米共施工5架。

圖1 工作面（15103）過F5斷層頂板的聯(lián)合控制措施解析

固定好工作面端面處的纖維網(wǎng)且第一排的JW型錨索梁施工完畢之后，將繼續(xù)進(jìn)行工作面的回采。與此同時，在回采的過程當(dāng)中將纖維網(wǎng)和頂梁吊掛，移架的時候把纖維網(wǎng)向煤壁鋪展，在移架之后確保支架頂梁、纖維網(wǎng)和錨索梁相互緊密接觸。詳情如圖1所示，每當(dāng)工作面回采2米時需要對端面頂板進(jìn)行一排JW型錨索梁的施工。

(3)頂板超前支護(hù)

為了有效減緩超前應(yīng)力對頂板產(chǎn)生的破壞，需要工作面過斷層期進(jìn)行頂板施工一排的超前支護(hù)。為有效降低對工作面回采的影響，應(yīng)施工一排超前支護(hù)鉆孔于工作面的運(yùn)輸順槽側(cè)煤壁處。

在鉆孔的施工結(jié)束之后還需在鉆孔內(nèi)依次進(jìn)行鋼針的安裝，其長度是1.5米，直徑是30毫米，并且采用絲扣式對相鄰的兩節(jié)鋼針進(jìn)行連接。

4.研究結(jié)論

基于對處在斷層帶的頂板厚煤層進(jìn)行深孔爆破預(yù)裂之后，由于工作面在后期回采中斷層帶上盤厚煤層發(fā)生充分垮落，引起采空區(qū)出現(xiàn)大量遺煤等問題?；谠诙嗣嫫扑轫敯暹x用聚氨醋纖維網(wǎng)并且配套JW型錨索梁能夠有效減緩端面頂板發(fā)生破碎現(xiàn)象，并且改善煤壁片幫。與此同時，確保工作面的移架過程當(dāng)中頂板和支架頂梁之間進(jìn)行充分接觸以提升支護(hù)的效果。除此之外，基于工作面的煤體處裝備超前鋼針進(jìn)行支護(hù)，能夠有效提高超前應(yīng)力區(qū)頂板的穩(wěn)定性以確保安全高效地進(jìn)行工作面回采。