張鐘文

（汾西礦業(yè)靈北煤礦，山西 靈石 031300）

引言

斷層是煤炭資源回采時(shí)常見(jiàn)構(gòu)造類型，當(dāng)采煤工作面回采過(guò)斷層時(shí)在斷層破碎帶內(nèi)容易出現(xiàn)頂板冒落、支架傾倒以及片幫等問(wèn)題，從而給煤炭安全回采帶來(lái)威脅[1-2]。為此，眾多的研究學(xué)者提出超前支護(hù)、注漿加固等方式提升斷層破碎帶煤巖體強(qiáng)度，在一定程度上提升了采煤工作面安全生產(chǎn)保障能力[3-5]。文中以山西某礦11305 采煤工作面過(guò)F103 斷層為工程實(shí)例，提出采用煤巖體協(xié)同控制技術(shù)提高斷層破碎帶內(nèi)煤巖體強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)了采面安全回采。

1 工程概況

1.1 地質(zhì)概況

山西某礦11305 采煤工作面回采的11#煤層厚度平均3.6 m、傾角7°，埋深520 m，頂?shù)装逡陨百|(zhì)泥巖、泥巖以及粉砂巖為主，根據(jù)回采巷道揭露以及相關(guān)鉆探、物探資料顯示，11305 采煤工作面回采至690m 位置時(shí)會(huì)揭露F103 斷層（H=1.8 m～4.5 m，122°∠49°），具體采面與斷層位置關(guān)系，如圖1 所示。

圖1 采面與斷層位置示意圖

由于斷層影響范圍內(nèi)煤巖體裂隙發(fā)育，采面回采過(guò)斷層期間容易出現(xiàn)煤壁片幫、冒頂以及支架傾倒等問(wèn)題，給采面回采帶來(lái)較大安全威脅。

1.2 斷層破碎帶煤巖體致災(zāi)因素分析

11305 采煤工作面頂?shù)装鍘r性以砂質(zhì)泥巖、泥巖以及粉砂巖為主，裂隙相對(duì)較為發(fā)育，特別是頂板泥巖、砂質(zhì)泥巖遇水容易崩解，從而巖層穩(wěn)定性較差。11305 采煤工作面回采過(guò)程中在斷層影響下會(huì)降低煤層、頂?shù)装鍘r層穩(wěn)定性，使得煤巖體中產(chǎn)生新的裂隙。

隨著采面不斷推進(jìn)，在采動(dòng)壓力作用下斷層破碎帶附近煤巖體內(nèi)應(yīng)力集中，采面回采過(guò)程煤壁、頂板巖層在采動(dòng)應(yīng)力作用下出現(xiàn)失穩(wěn)概率顯著提升。當(dāng)采面推進(jìn)至斷層破碎帶時(shí)，原本相對(duì)穩(wěn)定的煤巖體在采動(dòng)影響下逐漸向松散結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換，在局部構(gòu)造應(yīng)力、采動(dòng)應(yīng)力等綜合作用下，容易出現(xiàn)頂板冒落、片幫問(wèn)題，具體某采面頂板冒落情況，如圖2 所示。

圖2 采面頂板冒落示意圖

2 斷層破碎帶煤巖體協(xié)調(diào)控制技術(shù)

斷層破碎帶內(nèi)煤巖體協(xié)同控制技術(shù)是綜合錨桿（索）、注漿方式提升破碎帶內(nèi)煤炭體承載能力以及強(qiáng)度，并使得原本破碎的煤炭體成為一個(gè)共同作用的承載單元。在錨桿索作用下可降低頂板巖層下沉量、避免頂板冒落、煤壁片幫發(fā)生；注漿可將原本破碎的煤巖體膠結(jié)為一個(gè)整體，并提高煤巖體黏聚力及穩(wěn)定性。

2.1 注漿技術(shù)

通過(guò)注漿可顯著提高斷層破碎帶煤巖體強(qiáng)度及承載能力，從而提高采面過(guò)斷層安全性。在F103 斷層影響范圍內(nèi)沿著采面傾斜方向布置上下2 排注漿鉆孔，上排注漿鉆孔與采面底板間距為2.5 m、鉆孔傾角45°、孔深6.0 m；下排鉆孔與底板間距1.5 m、傾角15°、孔深6.0 m。鉆孔施工完成后，通過(guò)注漿設(shè)備以及專用封孔器向鉆孔內(nèi)注入水泥漿，注漿壓力1 MPa～2 MPa，單孔注漿時(shí)間控制在20 min 以內(nèi)。

2.2 錨桿（索）支護(hù)

錨桿（索）主要作用是給斷層破碎帶表層煤巖體一定的作用力，從而將淺部、深部巖層作用形成一個(gè)結(jié)構(gòu)相對(duì)完整的整體。在11305 采煤工作面過(guò)F103斷層期間，采用金屬錨桿對(duì)頂板進(jìn)行支護(hù)，并通過(guò)桁架錨索對(duì)頂板巖層進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)；采用玻璃鋼錨桿對(duì)煤壁進(jìn)行支護(hù)。具體采面錨桿（索）布置，如圖3 所示。

圖3 錨桿（索）布置圖

頂板螺紋鋼錨桿規(guī)格為20 mm×2 500 mm，按間排距1 600 mm×1 600 mm 布置，桁架錨索為Φ15.6 mm×7 300 mm，按間排1 600 mm×1 600 mm布置，頂板錨桿、錨索預(yù)緊力距均為150 N·m；在采面上部容易片幫位置布置20 mm×2 500 mm 玻璃鋼錨桿，具體間排距依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況確定。

2.3 其他控制措施

采面在回采過(guò)斷層期間可輔助采用強(qiáng)化液壓支架管理、調(diào)整采高等方式應(yīng)對(duì)斷層破碎帶煤巖體。

2.3.1 強(qiáng)化液壓支架管理

已有研究成果表明，采面頂板冒落有60%出現(xiàn)在支架頂梁前端、有40%出現(xiàn)在移架過(guò)程中，因此，強(qiáng)化液壓支架管理可在一定程度上降低頂板冒落威脅。當(dāng)采面頂板破碎、煤壁片幫問(wèn)題突出時(shí)，可采用提前支架方式及時(shí)支撐頂板，并采用帶壓移架；當(dāng)采面出現(xiàn)縱深較大片幫時(shí)采用鉸接頂梁、架設(shè)圓木等方式對(duì)頂板進(jìn)行支撐。同時(shí)可適當(dāng)加寬采面液壓支架護(hù)板，具體可通過(guò)在頂板側(cè)邊布置護(hù)側(cè)裝置實(shí)現(xiàn)，并使用千斤頂輔助護(hù)幫。采煤機(jī)割煤后及即伸出護(hù)幫板，對(duì)給煤壁一定的水平支撐力。

在過(guò)F103 斷層期間，適當(dāng)增加液壓支架支撐力，實(shí)現(xiàn)對(duì)煤壁以及頂板控制。對(duì)液壓供液系統(tǒng)進(jìn)行檢查，確保提供的乳化液壓力在30 MPa 以上。

2.3.2 調(diào)整采面采高

煤壁片幫發(fā)生率會(huì)隨著采高增加而增大。在11305 采煤工作面過(guò)F103 斷層期間可將采高先保持在3.6 m，若回采期間片幫嚴(yán)重則可適當(dāng)將采高降至3.2 m，通過(guò)適當(dāng)降低采高來(lái)達(dá)到降低片幫發(fā)生率目的。

3 結(jié)語(yǔ)

1）11305 采煤工作面過(guò)F103 斷層期間存在的主要問(wèn)題是斷層破碎帶煤巖體穩(wěn)定性較差。因此，提出使用破碎煤巖體協(xié)同控制技術(shù)來(lái)提升破碎煤炭體穩(wěn)定，并依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況對(duì)注漿加固、錨桿及錨索布置參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2）現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用后，斷層破碎煤巖體被注漿漿液膠結(jié)為一個(gè)完整的整體，結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定；采面回采過(guò)斷層期間未有頂板冒落問(wèn)題，同時(shí)采面基本不片幫，僅局部位置出現(xiàn)深度0.3 m 以內(nèi)、高度0.5 m 以內(nèi)的小片幫?？傮w來(lái)說(shuō)，通過(guò)對(duì)斷層破碎帶煤巖體采用協(xié)同控制技術(shù)，為采面回采過(guò)斷層安全創(chuàng)造了良好條件，可實(shí)現(xiàn)采面安全高效回采。