李致周

（晉能控股煤業(yè)集團王家?guī)X煤業(yè)有限公司， 山西 忻州 036600）

引言

斷層是綜采工作面常見地質構造之一，斷層侵入煤層后破壞了煤體連續(xù)穩(wěn)定性，使斷層兩盤煤巖體出現(xiàn)空間圍巖，同時斷層附近煤巖體在斷層應力作用下出現(xiàn)破碎失穩(wěn)現(xiàn)象。當工作面在揭露斷層前后時，受構造應力、回采應力等集中應力作用，煤體出現(xiàn)嚴重變形、破碎現(xiàn)象，常見的主要表現(xiàn)在煤壁大面積片幫、頂板斷裂破碎、頂板冒漏等，不僅增加了工作面回采難度、降低了工作面回采效率，而且工作面液壓支架過圍巖破碎區(qū)時，支架初撐力及工作阻力達不到設計值，支架頂梁與頂板之間出現(xiàn)空距，降低了支架支護強度，嚴重威脅工作面安全高效回采，所以對于工作面過斷層、陷落柱等地質構造期間，采取合理有效的回采工藝及控制技術，對工作面安全回采具有重要意義。

1 王家?guī)X煤礦18104 工作面概況

晉能控股煤業(yè)集團王家?guī)X煤礦18104 工作面位于井田一采區(qū)，工作面北部為石塘村、石塘河保護煤柱及設計的開拓運輸巷，南部73 m 為井田邊界，西部為設計的18106 回采工作面，東部為18102 工作面采空區(qū)。

18104 工作面設計走向長度為1616 m，傾向長度為300 m，工作面回采煤層為山西組4 號煤層，煤層平均厚度為5.66 m，平均傾角為5°，4 號煤層呈黑色、油脂光澤或瀝青光澤，均一結構，參差狀至平坦狀斷口，塊狀構造，韌性和硬度較大，平均密度1.44 g/cm3，以暗煤為主、亮煤次之，鏡煤呈線理或透鏡體。4 號煤層結構復雜，一般含2～4 層夾矸，以炭質泥巖、砂質泥巖為主。4 號煤層存在偽頂，以炭質泥巖、泥巖和煤線為主，平均厚度為0.7 m；直接頂以砂質泥巖、泥巖為主，平均厚度為5.0 m；基本頂以中粒砂巖、細粒砂巖為主，平均厚度為6.13 m。

18104 工作面采用走向長壁后退式綜合機械化放頂煤采煤方法，隔三放二分段單輪間隔放煤方式，全部垮落法管理頂板。遇地質條件變化時，根據(jù)現(xiàn)場情況適當調整。工作面采用MG650/1620-WD 型采煤機及ZF16000/23/43D 型液壓支架進行頂板支護，截至目前工作面已回采620 m。

2 工作面回采工藝優(yōu)化

2.1 工作面回采現(xiàn)狀

18104 工作面回采至594 m 處，位于工作面中部揭露一條F2 正斷層，斷層落差為1.4 m，傾角為48°，斷層侵入后造成煤體下移，工作面揭露斷層后實測工作面64～92 號支架前方煤壁出現(xiàn)巖體，巖體從頂板往下厚度為1.2 m，以粗砂巖為主，巖體單軸抗壓強度超過55 MPa，硬度高，呈灰白色。通過對工作面鉆探發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)2 斷層對工作面回采影響長度為62 m。

18104 工作面在揭露斷層時采用采煤機強行破巖法進行回采，但是通過實際應用效果來看，由于工作面揭露的斷層巖體硬度高，采用采煤機破巖難度大。統(tǒng)計表明，18104 工作面從594～610 m 段采煤機強行破巖時，共計更換42 個截齒，切割電機因負荷發(fā)熱自動停機3 次，影響回采時間達5.6 h，工作面采用強行破巖時回采效率不足3.0 m/d。

2.2 爆破與機械聯(lián)合回采

1）首先采用風動鉆機對64～92 號支架前方巖體施工一排松動爆破鉆孔，鉆孔垂直巖體布置，鉆孔深度為1.2 m、直徑為35 mm，鉆孔布置間距為2.0 m，每排共計布置25 個爆破鉆孔。

2）爆破鉆孔施工完后，對每個鉆孔內填裝一支礦用乳化炸藥及一支毫秒延期電雷管，雷管采用正向裝藥方式，每個鉆孔裝藥量為300 g，待雷管及炸藥填裝完后，對孔口采用膨脹水泥進行封堵，封堵長度為0.5 m。

3）裝藥完成后進行爆破施工，每次爆破炮孔數(shù)量不得超過5 個，工作面爆破完成后采用采煤機割底煤，從而減少了采煤機破巖量，降低了采煤機故障率；工作面每割一刀煤后及時進行一次松動爆破。

3 斷層帶頂板支護技術

工作面在過斷層期間由于受爆破振動及構造應力影響，工作面頂板出現(xiàn)破碎、垮落現(xiàn)象，所以決定對工作面過斷層期間頂板采取“錨索吊棚+超前管棚”聯(lián)合支護措施[1-3]。

3.1 超前管棚支護

1）工作面爆破施工前采用風動鉆機在工作面設計頂板施工一排垂直煤壁的超前管棚支護鉆孔，鉆孔深度為3.2 m、直徑為35 mm，布置間距為1.0 m。

2）超前支護鉆孔施工完后，對鉆孔內插入超前支護體，超前支護體主要為直徑32 mm、長度3.5 m的無縫鋼管，超前支護體安裝后必須與煤壁垂直，上下仰角偏差不得大于3°，具體如圖1 所示。

圖1 18104 工作面過斷層期間頂板聯(lián)合支護平面示意圖

3）超前管棚支護施工完后工作面方可爆破施工，工作面在移架過程中支架頂梁緊貼超前管棚支護進行帶壓擦頂移架。

3.2 錨索吊棚施工

工作面在回采過程中受構造應力、回采應力影響，工作面端面出現(xiàn)破碎現(xiàn)象，導致支架頂梁鏤空、支架阻力不達標，降低支架支護效果，所以決定對工作面端面破碎頂板施工邁步式錨索吊棚。

1）18104 工作面施工的錨索吊棚主要由一根長度為3.5 m、寬度為0.11 m 工字鋼梁和兩根長度為4.3 m、直徑為17.8 mm 的鋼絞線組成，鋼梁上焊制兩個錨索支護孔，孔間距為1.75 m。

2）錨索吊棚與工作面平行布置，首先在工作面相鄰兩架支架之間施工錨索支護孔，孔深為4.0 m，錨索施工完后在錨索外露端安裝一根工字鋼梁，并采用鎖具進行預緊。

3）錨索吊棚布置間距為1.0 m，布置排距為1.5 m，相鄰兩排錨索吊棚邁步式布置。

4 結論

1）通過對工作面過斷層回采工藝進行優(yōu)化后，大大降低了采煤機破巖量及設備故障率，通過現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，工作面后期回采過程中共計更換8 個截齒，未發(fā)生一起因截割負荷出現(xiàn)停機的現(xiàn)象，設備故障率降低至5%以下。

2）對工作面過斷層期間頂板采取“錨索吊棚+超前管棚”聯(lián)合支護措施后，有效控制了頂板破碎現(xiàn)象，大大提高了液壓支架過破碎區(qū)初撐力及工作阻力，保證了液壓支架支護效果。