王 波

（山西沁和能源集團(tuán)有限公司南凹寺煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048000）

綜采工作面在回采期間遇到斷層、褶曲等構(gòu)造區(qū)域時(shí)，往往會(huì)伴隨頂?shù)装迤露绕鸱?、頂板巖層破碎、煤厚急劇變化、煤巖體結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定等現(xiàn)象，不僅嚴(yán)重影響工作面的正常回采推進(jìn)度，還對(duì)生產(chǎn)安全造成影響，在支護(hù)不到位的情況下會(huì)造成空頂片幫導(dǎo)致拉架困難。斷層附近的地應(yīng)力較為集中，煤巖層存在層位錯(cuò)差，受到擠壓影響，回采到附近時(shí)可能導(dǎo)致瓦斯壓力釋放，存在誘導(dǎo)突出的風(fēng)險(xiǎn)。構(gòu)造區(qū)附近的裂隙較發(fā)育，往往可能與頂?shù)装搴畬哟嬖趯?dǎo)通聯(lián)系，回采到附近時(shí)，在地應(yīng)力作用下誘導(dǎo)突水事故的發(fā)生[1]。為有效避免工作面回采期間通過斷層等構(gòu)造帶時(shí)發(fā)生災(zāi)害事故，需加強(qiáng)過斷層綜合防范措施，提高安全風(fēng)險(xiǎn)管控。

1 工程概況

南凹寺煤業(yè)30407 綜采工作面位于礦井三盤區(qū)中部，其北部布置有30405 工作面，東部為三盤區(qū)運(yùn)輸與軌道大巷，南部相鄰30409 備采工作面，西南部為盤區(qū)保護(hù)煤柱與井田邊界線。30407 工作面沿走向布置，其上下巷走向長(zhǎng)度為1700 m，切眼沿傾向布置，長(zhǎng)度為185 m，采用走向長(zhǎng)壁式采煤工藝。工作面主采煤層為山西組3#煤，平均可采厚度為2.75 m，支架選型為ZFG13000/27.5/42 型支撐掩護(hù)式液壓支架，選用MG750/1630-WD 型雙滾筒采煤機(jī)，對(duì)采空區(qū)頂板采用全部垮落法進(jìn)行管理。

3#煤層的頂?shù)装鍘r層以砂質(zhì)泥巖為主，直接頂為砂質(zhì)泥巖，厚度為2.2 m，基本頂為K4 灰?guī)r，厚度為8.4 m；直接底為砂質(zhì)泥巖，厚度為4.4 m，基本底為粗粒砂巖，厚度為8.7 m。根據(jù)前期三維地震勘探資料和后期打鉆探查驗(yàn)證資料顯示，工作面切眼外1470 m 處將揭露一條F7 正斷層，傾角45°，方位224°，落差1.8 m。受到該斷層影響，工作面切眼將由上盤回采推進(jìn)過斷盤上升后進(jìn)入下盤煤層，在此期間，頂板煤層將重疊增厚，如圖1。

圖1 30407 工作面過斷層剖面示意圖

2 過斷層對(duì)工作面生產(chǎn)影響分析

（1）由于斷層傾角為45°，超出切眼內(nèi)支架的最大仰斜角度，加之?dāng)鄬勇洳罱?.8 m，頂?shù)装迕簩雍穸榷荚黾?，在厚煤區(qū)域支架初撐力不能有效達(dá)標(biāo)，導(dǎo)致工作面內(nèi)出現(xiàn)倒架咬架，以及錯(cuò)差等質(zhì)量現(xiàn)象，采用常規(guī)的帶壓拉架不能有效解決大傾角截割面的現(xiàn)實(shí)問題。此外，接近斷層區(qū)域時(shí)，工作面構(gòu)造應(yīng)力、采空區(qū)應(yīng)力與煤墻側(cè)實(shí)體煤的采動(dòng)應(yīng)力等相互疊加，導(dǎo)致支架比正?；夭善陂g承受的壓力更大，所需提供的初撐力也要加強(qiáng)，但當(dāng)支架初撐力無法抵消應(yīng)力影響時(shí)，就會(huì)造成拉架困難，對(duì)支架造成損壞[2]。

（2）除支架承受應(yīng)力影響容易造成拉架損壞，割煤機(jī)在過斷層期間，由于煤巖體急劇變化，夾矸增厚，受到構(gòu)造產(chǎn)生的揉搓影響，頂?shù)装鍘r層錯(cuò)位拉伸，割煤機(jī)滾筒在搖臂力矩相對(duì)固定的條件下，很容易造成破巖增多，而且頂?shù)装鍘r性多為砂質(zhì)泥巖，對(duì)滾筒截齒磨損嚴(yán)重，在截割硬巖時(shí)需要依靠割煤機(jī)的自身功率帶動(dòng)滾筒上提下壓施加壓力，齒座的承受壓力也將增加，容易造成設(shè)備的磨損消耗。當(dāng)破巖量增大時(shí)，推溜移架將會(huì)困難，出現(xiàn)溜子載荷增加、鏈條易斷、刮板及溜子槽磨損加劇等現(xiàn)象，增加成本費(fèi)用。

（3）在設(shè)備和支架產(chǎn)生困難的條件下，已無法滿足正常施工標(biāo)準(zhǔn)和工藝要求，被迫選擇對(duì)頂?shù)装迕簩拥膩G煤措施。由于頂?shù)装迕簩訜o法有效回收，增加煤炭資源損失量，造成一定程度的經(jīng)濟(jì)損失。

（4）過斷層期間由于工作環(huán)境和作業(yè)條件的惡劣影響，導(dǎo)致推進(jìn)度受到限制。正常情況下每班可回采1.6 m（單刀截深0.8 m），隨著過斷層面的破巖量增加，局部煤層增厚，設(shè)備損壞率增加等因素影響，單班生產(chǎn)效率明顯降低，但安全風(fēng)險(xiǎn)卻反向升高。

3 過斷層回采工藝優(yōu)化

3.1 仰斜法推進(jìn)工藝

（1）根據(jù)F7 斷層的方位延伸情況判斷，30407 工作面回采時(shí)將在機(jī)尾處首先揭露構(gòu)造，為有效減少破巖量，提高資源回收率，設(shè)定在距離斷層面30 m 處開始調(diào)整工作面回采順序與切眼坡度，逐漸過渡到切眼與斷層面坡度小角度斜切的狀態(tài)。

（2）調(diào)整工作面?zhèn)涡苯且?0°仰角進(jìn)行斜切進(jìn)刀，按照分割法把整個(gè)割煤順序劃分為若干個(gè)小循環(huán)，從機(jī)尾開始進(jìn)刀割煤，每截割30 m 為一個(gè)小循環(huán)，減少截割深度為0.5～0.6 m 左右，支架隨機(jī)拉架。待30 m 范圍內(nèi)完成“進(jìn)刀—斜切—推溜—拉架”的整個(gè)工藝后，再進(jìn)行下一個(gè)30 m 循環(huán)的割煤作業(yè)，以此保證小循環(huán)、小范圍的工程質(zhì)量與安全條件。

（3）當(dāng)切眼順利推過斷盤后，由于留設(shè)有底煤，隨即調(diào)整切眼傾角趨于平緩，以提高回采率，直到通過斷層及隱伏伴生構(gòu)造影響區(qū)域后，執(zhí)行正?；夭晒に嚵鞒?。

3.2 安全防范措施

該區(qū)域3#煤層由于結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，膠結(jié)特性差，在回采期間很難按照要求留設(shè)頂煤，且煤層松軟破碎，推移過程中會(huì)隨著支架拉架震動(dòng)，從架前和架縫隙中溜煤，當(dāng)空頂作業(yè)無法支撐時(shí)，導(dǎo)致大面積冒頂事故發(fā)生。為有效規(guī)避安全風(fēng)險(xiǎn)，采取如下安全技術(shù)措施：

（1）為避免冒頂事故發(fā)生，采用對(duì)頂板超前支護(hù)的方式進(jìn)行加固，使用由樹脂錨桿、托架等輔助材料組成的超前支護(hù)材料，對(duì)頂板加固。其中，樹脂錨桿規(guī)格為Φ22 mm×3000 mm，托架采用“W”型鋼帶，長(zhǎng)×寬為3200 mm×300 mm，錨索規(guī)格為Φ21.8 mm×6000 mm。

（2）當(dāng)工作面機(jī)尾開始進(jìn)入下盤后，使用錨桿鉆機(jī)沿著切眼平行方向以+10°左右向頂板傾斜施工錨桿鉆孔，按照孔間距800 mm、排距600 mm布設(shè)，要求錨桿外露長(zhǎng)度不超過50 mm，錨固力不小于100 kN，隨著切眼推進(jìn)依次打設(shè)。錨索打設(shè)要求與錨桿相同，間排距為1200 mm×1200 mm。

（3）為提高過厚煤區(qū)時(shí)的頂板支護(hù)強(qiáng)度，避免頂板冒落，通過打設(shè)超前支護(hù)的錨桿、錨索加鋼帶連接，沿切眼傾向連接鋼帶，形成一個(gè)整體。由于過斷層期間以30 m 一個(gè)小循環(huán)回采，截割深度為600 mm 左右，因此，錨桿打設(shè)排距可控制在600 mm，推一排，打一排，當(dāng)打設(shè)兩排錨桿后，推移1200 mm 可打設(shè)一排錨索，以此類推。通過錨桿、錨索對(duì)頂板的疊加加固，起到對(duì)下盤頂板的懸頂效果，按照此方法施工，直到切眼推移通過斷層影響的破碎帶區(qū)域[3-4]。超前支護(hù)效果如圖2。

圖2 超前支護(hù)效果示意圖

4 效果分析

（1）通過采取仰斜過斷層和超前支護(hù)措施后，工作面在回采期間未發(fā)生大面積的冒頂事故，未發(fā)生因溜煤、溜矸造成的人身傷害事故，有效確保了作業(yè)環(huán)境下的人身安全。

（2）通過過斷層期間對(duì)支架初撐力、工作阻力的持續(xù)觀測(cè)，所有數(shù)據(jù)真實(shí)有效，較正常回采期間的阻力測(cè)定減小約14%，但根據(jù)實(shí)際支護(hù)效果分析，仍能夠滿足對(duì)于頂板的支撐強(qiáng)度。

（3）過斷層期間所消耗的截齒數(shù)量比正常回采期間的消耗數(shù)量增加11 個(gè)，上浮17%，刮板、鏈條的更換次數(shù)比日常增加6 次，上浮12%，但比以往常規(guī)方法過斷層，整體成本可控。

（4）與其他工作面同等條件下過斷層相比，提高資源回收率，多回采煤炭資源4.8 萬t，增加企業(yè)收益926 萬余元。

5 結(jié)語

針對(duì)過斷層期間常見的自然條件和生產(chǎn)困難，結(jié)合30407 工作面的生產(chǎn)實(shí)際情況，以及斷層的產(chǎn)狀特征，進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新和工藝流程改革，不僅提高煤炭資源的回收率，還在安全的條件下加快了進(jìn)度，為企業(yè)增加了效益。同時(shí)，通過經(jīng)驗(yàn)總結(jié)和效果分析，對(duì)以后類似條件下的工作面回采提供了可借鑒的參考依據(jù)，具有實(shí)用的推廣價(jià)值。