高 敏，秦克軍

（1.淮河能源控股集團煤業(yè)公司 張集煤礦技術(shù)一科，安徽淮南 232100；2.淮河能源控股集團煤業(yè)公司 張集煤礦綜采二隊，安徽淮南 232100）

1 工程背景

安徽淮河能源煤業(yè)公司張集煤礦1610A工作面為大采高工作面，開采煤層為1煤層，煤層總厚2.1～8.2m，煤層平均厚度6.5m，傾斜角度平均為10°，工作面標(biāo)高-449.3～-497m，砂巖直覆頂板厚度25.8m。工作面傾斜長度140m，走向回采長度1471m。工作面支護采用ZZG13000/21/42D型電液控支架，布置83架。

2 過斷層方案

2.1 斷層概況

工作面于2020年6月進入5#異常區(qū)，在軌順退尺1 040m處揭露5#坑透異常區(qū)，異常區(qū)內(nèi)軌、運順共揭露3條斷層，分別為 F1610A02（H=1.1～2.4m）、Fs629（H=1.7～6.6m）貫穿工作面、Fs626（H=2.4～5.4m）貫穿工作面，斷層發(fā)育，影響程度H＜1m煤厚，對回采有很大影響。

2.2 過斷層具體實施方法

過斷層前提前調(diào)整工作面采高，工作面運順回采至退尺點1 028m，距離斷層面12m前（按照最大坡度12°控制飄、剎車），將工作面斷層影響范圍內(nèi)采高控制到3.6m左右。

過5#異常區(qū)回采期間，在工作面及軌、運順實行掛牌管理，間隔3m對應(yīng)破頂矸量、飄（剎）車量對照表，便于現(xiàn)場及時調(diào)整層位。

工作面在過斷層前，需要根據(jù)開采范圍內(nèi)的斷層具體分布情況設(shè)計相應(yīng)的推進方案。根據(jù)斷層產(chǎn)狀和性質(zhì)，在11#架、29#架、63#架按照等高線剖面法，分別沿走向繪制了3個過斷層預(yù)想剖面圖。利用剖面圖按照10°飄剎車角度作出飄剎車距離，每刀飄剎車幅度控制在150mm以內(nèi)，原則上下盤跟頂、上盤剎車、逮頂回采，并適當(dāng)破頂保持?jǐn)鄬用嫫骄忂^渡。

2.2.1 A1剖面-11#架過斷層方法

①層位控制。下盤跟頂回采，工作面運順回采至退尺1 112m時進入Fs1611A09斷層面，開始剎車、逮頂，按照設(shè)備爬坡能力10°要求，剎車逮頂距離31m，最大破矸量3.6m，回采至1 143m時跟上煤層頂板；過Fs626斷層時，上盤挑頂、飄車，破頂距離28m（1 174～1 202m），破矸量（砂巖）3.2～3.6m，進入下盤跟頂回采。

②面內(nèi)影響范圍：預(yù)計為1～15架。

③飄剎車幅度。過斷層期間，每刀挑頂、飄（剎）車量控制在150mm。采高控制在3.6～4m。

2.2.2 B1剖面-29#架過斷層方法

①層位控制。工作面運順回采至退尺1 108m時進入Fs629斷層面，開始剎車、逮頂，剎車距離22m，回采至1 130m進入F1611A07斷層下盤，跟煤層頂板回采；回采至1 161m開始飄車、挑頂，回采至1 187m進入Fs626斷層下盤，挑頂、飄車距離 26m，回采至1 192m跟上煤層頂板回采。如圖1所示。

圖1 B1剖面-29#架過斷層

②面內(nèi)影響范圍：16～34架。

③飄剎車幅度。過斷層期間，每刀挑頂、飄（剎）車量控制在150mm。采高控制在3.6～4m。

④圖1 B1剖面圖說明：工作面回采至退尺1 108m時進入Fs629斷層面，開始剎車、破頂，逮頂回采至1 130m進入F1611A07斷層面，進入下盤跟上煤層頂板回采；回采至1 161m開始飄車、挑頂，挑頂、飄車距離 26m，回采至1 192m跟上煤層頂板回采。

2.2.3 C1剖面-11#架過斷層方法

按照A1、B1剖面方法算好層位控制、飄（剎）車距離、影響范圍、飄（剎）車幅度。

2.2.4 運順過斷層方法

①層位控制。運順回采過Fs629斷層面，上盤挑頂回采，挑頂距離14m，最大破矸量3m；過F1611A07斷層時，飄車適當(dāng)逮煤頂回采，逮頂距離24m，減少破矸量，逮煤段要注漿加固，防止片幫掉頂。

②面內(nèi)影響范圍為：機頭10架過渡到風(fēng)巷。風(fēng)巷超高段提前接頂施工，并對煤壁注漿加固。

③過斷層期間，每刀挑頂、飄（剎）車量控制在150mm。采高控制在3.4～3.6m。

3 超前治理斷層

3.1 利用剖面投影原理和三角函數(shù)公式設(shè)計鉆孔及參數(shù)

運順在退尺1 160m鉆場內(nèi)施工鉆孔，開孔位置為頂板向下1m；終孔間距10m，終孔位置為從下盤頂板向下1m煤體穿過斷層面5m。共設(shè)計37個頂板鉆孔（孔徑113mm），總計注漿693袋久米納水泥。軌順退尺1 181～1 189m之間布置9個鉆孔，間距1m，開孔位置為底板向上1m。

3.2 工藝要求

所有鉆孔采用“兩堵一注”方式使用膠囊配合聚氨酯藥卷封孔，其中膠囊封孔10m，孔口采用聚氨酯封堵1m以上，總封孔長度10m（從孔口向里依次下鐵管4m，雙抗實管6m，鐵管最外端安裝相應(yīng)截止閥）；鉆孔內(nèi)全程下1.5寸注漿管。其中，運順19個鉆孔里端下20m帶眼花管，外端均為實管。軌順9個鉆孔里端下15m帶眼花管，外端均為實管。

3.3 應(yīng)急預(yù)防注漿加固

工作面過斷層期間，發(fā)現(xiàn)局部有片幫征兆或斷層面附近及時采取注漿加固，有效預(yù)防片幫掉頂。

（1）根據(jù)工作面片幫情況，進行打孔設(shè)計，原則上3架一孔。如需在順槽注漿，順槽煤幫側(cè)原則上2～3m一個孔。

（2）單孔一次注入最大劑量一般不得超過1 000kg；注漿時，注漿眼及頂幫端面出現(xiàn)漿液時立即停止注漿，一般每孔連續(xù)注漿時間以不超過60min為宜。注漿結(jié)束后，應(yīng)當(dāng)繼續(xù)監(jiān)測施工現(xiàn)場CH4、CO、O2、有毒有害物質(zhì)和溫度變化情況，連續(xù)觀測時間不得低于48h。

（3）工作面內(nèi)過斷層期間的注漿情況：工作面過斷層期間運順共注765桶久米納高分子材料，軌順共注150桶久米納，面內(nèi)共注3 780桶久米納。

3.4 放松動炮布置設(shè)計

斷層區(qū)內(nèi)矸石較厚且硬，采煤機截割困難，采用爆破預(yù)裂的方法破碎矸石，然后再通過采煤機截割的方法過斷層。采用風(fēng)錘、中空六角鉆桿、梅花型鉆頭打眼。當(dāng)巖石厚度在1m以下，布置單排眼。當(dāng)巖石厚度在1m以上，視具體情況布置三花炮眼（當(dāng)布置三花炮眼爆破效果不好時，則布置五花炮眼）。炮眼深度為1.8～2.2m，間距600mm，排距600mm，裝藥量不超過2卷/眼。第一排眼距頂板300mm，仰角15°，第三排距煤層線300mm，俯角10°第二排眼水平布置，炮眼前段斜向機頭方向，與水平夾角80°。工作面爆破預(yù)裂后，采煤機再進行截割，采煤機的牽引速度保持在 4m/min，截割過程中，按照上 述方案設(shè)計的采高運行，采煤機的截割深度為 0.6m，在每次爆破后需采煤機截割 3 刀，完畢后再進行下次預(yù)裂爆破，直至通過斷層區(qū)域。

3.5 礦壓監(jiān)測

3.5.1 支架工作阻力計算

①動載系數(shù)法

根據(jù)實測所得的循環(huán)時間內(nèi)加權(quán)平均工作阻力或循環(huán)內(nèi)最大工作阻力，利用多元回歸的方式得出動載系數(shù)，從而判斷支架工作阻力是否滿足要求。

式中：qz為液壓支架的支護強度，MPa；M為采高，取4.5m；γ為上覆巖層密度，取2.5×103kg/m3；Kp為頂板巖石破碎膨脹系數(shù)，張集礦老頂砂巖較為發(fā)育，破碎膨脹系數(shù)偏小，取1.3。α為工作面傾角，8°～15°，平均為10°；β為附加阻力系數(shù)，二排柱支架取1.6，單排柱支架取1.2；q′為頂板周期來壓動載系數(shù)，q′值可按以下情況選取：周期來壓不明顯頂板，q′取1.1～1.2；周期來壓明顯頂板，q′取1.3～1.4；周期來壓強烈頂板，q′取1.5～1.7。根據(jù)張集礦1610A工作面來壓時觀測計算后的動載系數(shù)在1.7～2.0，q′取1.85。

工作面選用的ZZ13000/24/50D型液壓支架支護強度為1.26MPa，經(jīng)計算q=0.98MPa，則qz=1.26MPa≥0.98MPa，所以支架能夠滿足支護要求。

②根據(jù)工作面采高按照經(jīng)驗公式計算頂板壓力Q2

Q2=K×R×M=10×2.5×103×5×9.8×10-6=1.225MPa

式中：K為增載系數(shù)，一般6～11，根據(jù)同煤層其他工作面及本工作面頂板實際狀況，取K=10；R為頂板巖石容重R=2.5×103kg/m3；M為最大采高，M=5m。

對應(yīng)支架所需的工作阻力

式中：F為支架工作阻力kN；Q1為預(yù)測頂板壓力（MPa）；S為支架支護面積1.75（中心距）×5.85（最大控頂距）=10.2m2；η為支架的支護效率，75%。

∵13 000kN＞9 371kN，1.26MPa＞W(wǎng)z=1.225MPa。

∴支架的工作阻力符合過斷層期間最大工作阻力要求。

3.5.2 礦壓監(jiān)測

為了驗證過斷層期間工作面支架設(shè)備支護效果的合理性，在工作面過斷層期間，對液壓支架的工作阻力進行監(jiān)測分析。當(dāng)綜采工作面過斷層期間，周期來壓影響時液壓支架工作阻力明顯增加，且斷層兩側(cè)的液壓支架明顯較其他液壓支架的工作阻力大。因此，應(yīng)根據(jù)綜采工作面過斷層期間礦壓顯現(xiàn)規(guī)律做好頂板及支護的管理工作，保證回采工作面順利平穩(wěn)

地推過斷層影響范圍。

4 過斷層效果

在采取上述工作面過斷層技術(shù)方案后，工作面過斷層效率有了顯著的提升，相比傳統(tǒng)過斷層方法，工作面過斷層期間月度推進106m，平均日推進3.5m，并且在過斷層期間，無大面積冒頂、片幫等事故出現(xiàn)，表明該過斷層技術(shù)方案具有較好的效果。

5 結(jié)束語

以安徽淮河能源公司某礦1610A砂巖直覆大采高工作面地質(zhì)條件為基礎(chǔ)，對工作面過斷層技術(shù)方案進行了研究，在回采工藝方面，通過調(diào)整工作面傾斜角度與采高、超前治理與應(yīng)急預(yù)防對斷面注漿加固，加強工作面礦壓監(jiān)測和分析，加強頂板管理和減少設(shè)備損耗，同時結(jié)合優(yōu)化了工作面過斷層回采工藝，對工作面過斷層技術(shù)措施進行了設(shè)計?，F(xiàn)場實踐結(jié)果顯示，在采用該方案后，工作面過斷層期間生產(chǎn)效率提高一倍，經(jīng)濟效益顯著提升，表明該方案具有較好的應(yīng)用效果。