综采工作面过大落差断层技术探究

李　军

(大同煤矿集团 永定庄煤业公司，山西　大同　037024)

·技术经验·

综采工作面过大落差断层技术探究

李军

(大同煤矿集团 永定庄煤业公司，山西大同037024)

摘要以我国某矿1332(1)综采工作面F93-1大落差断层为工程应用背景，通过结合断层参数特征确定了沿底板强行通过断层方案，论述了在受断层影响的区域段，采取U型棚支护加固回风巷、运输巷、改棚施工以及高水速凝材料注浆加固断层带措施，取得了显著的经济安全效果。

关键词综采工作面；大落差断层；过断层；高水速凝材料；注浆加固

由于地质作用的综合结果，煤矿开采过程中不可避免地会遇到断层，尤其是大落差断层，这对煤矿的安全开采造成了严重的影响。因此，研究综采工作面过大落差断层技术具有重大理论和实践意义。

1概况

1.1　断层简况

某矿F93-1断层位于1332(1)工作面，其影响范围较大，回采段受影响总长度为120 m，断层贯穿整个工作面，经确定，断层为倾向断层。断层与工作面相交，且形成夹角为22°.受影响回采区段，煤层较为破碎，且影响程度超过1倍煤厚，断层落差约为5.6 m，对回采工作造成较大的影响。

1.2　工作面三机布置

1332(1)工作面三机布置情况见表1.

表1　三机布置参数表

2断层带区域地质构造及冒落分析

2.1　煤岩存在状况分析

断层是地壳运动的结果，是地层运动过程中能量聚集和释放的结果。在地壳运动过程中，岩层会出现断裂、挤压等现象，与此同时会产生大量裂隙。因此，断层带附近往往存在破碎带。由于顶板煤层的强度低于岩层的强度，所以，在同样大小力的作用下，煤要比岩石更容易破碎。因此，断层的破碎带内，煤的破坏程度比岩层要严重得多，且块度小。所以，综采工作面过断层时，应保留岩顶或提高断层区域顶板的整体稳定性。

2.2　冒落分析

1) 若端面顶板发生冒落，则应及时进行勾顶工作，这样才能维护顶板的稳定，保证综采面快速、安全通过断层。

2) 若支架闯过冒顶区，则支架上方的顶板也会出现破坏现象，造成支架的损坏，间接延长了过断层的时间。

3) 若端面顶板冒空，则不宜采取勾顶和超前支护的措施，否则，会严重影响综采面的生产效率，不利于快速通过断层，而且也造成坑木等材料的消耗。

因此，在综采工作面过断层时，应避免断层破碎带内弱变区的影响，避免工作面端面出现冒顶现象以及煤层出现片帮现象。一旦出现端面冒顶问题，则应及时进行勾顶工作，护好顶板，减少通过断层破碎带的时间。

3过断层技术研究

3.1　断层通过方案选择

结合断层地质资料、断层带区域地质构造及冒落分析，先拟定以下两种断层通过方案：

方案一：跟顶板回采，通过断层区域时，破顶刹底，强行通过。

优点：省去逮煤顶工作，老塘不会产生较多的遗煤量，且能保证回采的煤炭质量，此外，还有利于防火，便于顶板管理。

缺点：当工作面推进至断层区域时，必须采取急刹车措施，且工作面俯采角度大于40°.回采设备处于陡坡段，运行时极易出现损坏，且管理难度较大，也难以控制刹底与破顶之间的协调工作。再加上机头或机尾处顶板与运输巷顶板存在较大落差，使得链板机头与转载机的搭接工作难以有效控制。

方案二：逮煤顶，沿底板强行通过。

优点：变坡点平齐，工作面俯采角度不大，不超过10°，回采设备由于运行时处于近似平坡段，因而不易出现损坏，且易于管理，工作面支架和刮板输送机也更好操作，此外，链板机头与转载机的搭接可得到有效的控制。

缺点：需要进行逮煤顶施工，产生大量的遗煤，采煤机需割大量矸石，同时防火工作面临较大困难，顶板不易管理。

综上所述，结合回采设备的性能、矸石的硬度、断层其他参数特征等，选择方案二作为该断层通过方案。

3.2　受断层影响段U型棚支护加固处理

掘进过程中，F93-1断层对回风巷、运输巷U型棚支护段将产生较大的影响，因此，提前采取U型棚支护段加固处理措施，不仅有利于回采时改棚工作的安全进行，还可有效避免该段出现顶板破碎下沉问题，其具体加固措施为：两棚U型棚中间的顶板处，采用锚索联合钢带加固措施(压弯钢带，紧贴顶板，锚索固定)，钢带规格为2.75 m M5钢带，锚索确定为4根；相邻两U型棚中的顶板处，采取锚杆联合钢带加固措施，钢带规格确定为2.0 m M5钢带，锚杆选择高强度锚杆，确定为3根；帮部靠工作面一侧，采用玻璃钢锚杆联合皮带加固措施，选择废旧皮带，规格2.75 m，玻璃钢锚杆确定为4根；工作面对侧帮部，采用锚杆联合钢带加固措施，钢带规格为2.75 m M5钢带，锚杆选择高强度锚杆，确定为4根。

3.3　改棚施工

为不影响回采工作，应在超前工作面100 m处进行改棚施工。

U型棚支护加固完整区域，首先拆掉U型棚，而后，在U型棚拆卸区域架设倾向棚，棚梁确定为矿用11#工字钢，规格确定为3.6～4.0 m，棚腿选择DZ-32(35)型单体。

某些U型棚支护区域，由于顶板充填厚度较大，没有采取加固措施，应先采取倾向棚架设措施，而后再进行U型棚拆卸工作。

当进行第一棚倾向棚架设工作时，应首先在棚梁两端各安设1根单体点柱；当进行第二棚倾向棚架设工作时，在棚梁之间选择1排临时棚，采用双面扒皮料做梁进行支护，当倾向棚达到4.5 m时，则应改用规格为4.5 m的11#矿用工字钢，棚腿型号不变。当挑棚挑齐时，则拆卸倾向棚下的临时支护。

结合已选择的断层通过方案，在受断层影响的区域，确定逮煤顶后的假顶线，当进行改棚工作时，假顶线以上区域，应采取充填措施，充填材料可确定为废旧道木等，若假顶线以下区域高度较小，则应在该处提前卧底，以获得有效的巷道高度。

3.4　高水速凝材料注浆加固断层带方案

本工程使用的注浆材料为ZKD型高水速凝水泥，漆基料为硫铝酸盐水泥，并与石膏等配料混合配制而成两部分，即甲料和乙料，其中，甲料与乙料混合比例为1∶1.该水泥的最明显的优势为速凝、早强(尤其是在高水灰比情况下)。此外，其还具有以下优点：1) 高结石率。2) 凝固后不会产生收缩裂缝问题。3) 塑性好。4) 凝结时间快且具有较强的可控性。5) 成本低。

鉴于该断层延伸方向与1332(1)工作面方向一致，故确定打孔注浆。为使该工作面生产正常进行，只需选择轨道平巷一侧即可。

由测得矿压资料可知，巷道附近的F93-1断层带仅存在单向受力情况，且破碎情况非常利于浆液流动，无需较大的注浆压力。由于浆液流动范围的有限性，确定在F93-1断层带打5组注浆钻孔，钻孔长度确定为3种长度，即短孔(15～25 m)、中长孔(65～80 m)、长孔(157 m).注浆压力随钻孔长度的增加而变大，即短孔2.5±0.5 MPa，中长孔4.5±0.5 MPa，长孔5.5±0.5 MPa，注浆的顺序为短孔、中长孔、长孔。沿断层走向进行钻孔，钻孔间距为3 m.

3.5　断层影响段超前预注浆加固顶板管理

1) 开挖注浆孔。开挖注浆孔的位置应确定在受断层影响段，沿着工作面方向进行注浆孔施工，确定注浆孔与巷道底板的距离为1.1～2.3 m，相邻两注浆孔之间的间距确定为1.0 m，此外，终孔确定在断层面上，且间距确定为10 m，开挖27个注浆孔。

2) 当完成注浆孔的施工后，应及时进行注浆加固，以获得良好的注浆加固效果。

3) 开挖注浆孔的钻头参数确定为d94 mm，若注浆孔长度超过10 m，则采用d75 mm套管进行封孔，封孔长度在8.0 m以上。

4) 注浆水泥可选择普通硅酸盐水泥，其水灰比确定为1∶1.25～1∶1.15，为减少水泥凝固时间，掺入一定量的工业盐和三乙醇胺，其重量分别确定为0.5%的水泥重量和0.05%的水泥重量。

5) 若注浆孔长度不超过30 m，应确定注浆压力为3 MPa；若注浆孔长度超过30 m，则确定注浆压力为5 MPa.

4效果分析

该矿1332(2)综采面过F93-1断层，实践结果表明，沿底板强行通过断层方案可行，取得了显著的技术经济效果，过断层期间并未出现任何安全问题，煤炭回采率得到了明显提高，开采速度显著增加，支护等材料成本大大降低。同时，高水速凝材料注浆加固断层带技术有效增强了破碎区域的强度，为综采面安全顺利过断层提供了有力支持。

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Analysis on Passing Large Fault in Fully Mechanized Mining Face

LI Jun

AbstractTakes the F93-1 large drop fault of 1332(1) fully mechanized mining face as the engineering background. Through combining with the characteristics of fault parameters the plan that force passing the fault along the floor is determined. Discusses in regional sections affected by the fault adopts the measures of which U shaped shed reinforce return air roadway and transport roadway, change shed construction and high water rapid hardening materials grouting reinforce fault zone. The effects of economic and security are significant.

Key wordsFully mechanized mining face; Large fault; Passing fault; High water rapid hardening materials; Grouting reinforcement

中图分类号：TD355

文献标识码：B

文章编号：1672-0652(2015)12-0044-03

作者简介：李军(1975—)，男，山西天镇人，2014年毕业于中国矿业大学,硕士研究生，工程师，主要从事煤矿机电技术与管理方面的工作(E-mail)yiqundt4@163.com

收稿日期：2015-10-11