晋华宫矿8707综采面过断层破碎带综合治理技术

晋华宫矿8707综采面过断层破碎带综合治理技术

李文格

(大同煤矿集团有限责任公司，山西 大同 037003)

[摘要]晋华宫矿8707综采工作面在推进到断层破碎带附近时出现了严重的片帮、冒顶现象，致使支架难以向前推移，给工作面的安全生产带来了极大影响。在对工作面的片帮冒顶特征分析的基础上，针对出现的问题提出了综合治理技术措施：制定综采工作面过断层工艺、应用马丽散材料注浆加固破碎顶板、加强支架的维护和管理，最终成功地控制了工作面的片帮冒顶，顺利通过了断层破碎带。这种综合治理技术，不仅为实现晋华宫矿的安全开采提供了重要的技术支撑，也为类似矿井的顺利开采提供了相应的经验和参考。

[关键词]综采工作面；断层；片帮；马丽散

[中图分类号]TD327.22[文献标识码]A

[收稿日期]2014-08-01

DOI[]10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2015.01.013

[作者简介]李文格(1967-)，男，山西灵丘人，助理工程师，从事煤炭生产管理工作。

Treatment Technology of Fault Fracture Zone in 8707

Full-mechanized Mining Face of Jinhuagong Colliery

LI Wen-ge

(Datong Coal Mine Group Co., Ltd., Datong 037003, China)

Abstract:Serious coal-wall slide, roof fall occurred during 8707 full-mechanized mining face advanced in fault fracture zone which resulted into powered supports movement difficulty and seriously influenced safety mining.On the basis of analyzing characteristic of coal-wall sliding and roof fall in mining face, comprehensive treatment measures were put forward which included formulating mining technique for fault range, applying marithan material to reinforcing broken roof, strengthening maintenance and management of powered support.With the measures, coal-wall sliding and roof fall was successfully controlled and mining face smoothly mined through fault broken area.This comprehensive treatment technology not only provided important technical supporting for safe mining, but also present some experience and reference for similar mine.

Keywords:full-mechanized mining face; fault; coal wall slide; Marithan

[引用格式]李文格.晋华宫矿8707综采面过断层破碎带综合治理技术[J].煤矿开采，2015，20(1)：41-44.

晋华宫矿8707综采工作面在推进过程中，距离5707回风巷68m处，在其切眼发育一断层F4，H=0.4～2.85m，产状为258°∠65°。由于断层附近的顶板较破碎，造成了54～90号支架附近大面积的片帮和冒顶现象，工作面日推进度平均0.7m，几乎每天都在处理断层处的冒顶问题，给工作面的安全生产带来严重威胁。

在分析断层破碎带对8707综采面影响特征的基础上，根据断层的落差和倾角、煤层厚度、综采设备的最低工作高度、煤层倾角等因素确定采用综合治理技术措施：制定综采工作面过断层工艺、应用马丽散材料注浆加固破碎顶板、加强支架的维护和管理，以期达到工作面顺利通过断层破碎带的目的。

1工作面概况

1.1　工作面地质概况

8707综采工作面主采11号煤层，煤层厚度2.2~3.5m，平均厚度3.2m，煤层平均倾角3°，工作面走向长1502m，面长160m。直接顶为炭质泥岩、粗砂岩，厚度3.5～5.5m，灰白色，以石英长石为主，次为长石暗色物质；基本顶为细砂岩，厚度为6.3～20.6m，浅灰白色，石英长石，有暗色物质，节理发育程度低；直接底为细砂岩，厚度为6m，灰白色，以石英为主，底部夹杂灰黑色粉砂岩碎屑。

1.2工作面机械装备

8707综采工作面采用走向长壁后退式采煤法，顶板支护使用ZZ/6000/17/37B型液压支架；采空区处理为全部垮落法。工作面输送机为SGZ-800/750型中双链刮板输送机；采煤机使用MG400/930WD型双滚筒采煤机。运输巷转载机使用SZZ-850/250型转载机及SSJ-1000/200型带式输送机。

28707工作面片帮冒顶特征

8707工作面由于受到F4断层破碎带的影响，在回采过程中出现了大面积的片帮、冒顶现象。图1为8707工作面典型片帮冒顶特征图。

图1　8707工作面典型片帮冒顶特征

图1(a)为工作面大面积片帮，片帮长度为4~6m，顶梁台阶为0.5m。图1(b)为支架前探梁上方出现的冒顶，冒落块度为1.8m×1m×1.5m，并且前方煤壁发生了较大面积片帮。8707工作面推进到断层破碎带时各观测站的矿压信息观测结果如表1所示。

表1　各观测站矿压信息

由表1可知：断层破碎带附近的测站(20号、65号和80号)片帮冒顶现象明显较其他测站更加强烈，片深高达2m以上，说明断层对工作面的正常回采影响较大；部分支架顶梁台阶高达150~280mm，导致支架不能有效接顶，支架位态较差，达不到要求的工作阻力，对支护顶板十分不利；支架整体片帮和冒顶现象比较严重，部分支架片深达2m以上，冒高达1m以上，其中存在大面积片帮，长度为8～10m；支架整体端面距较大，部分高达1500～2200mm，移架不及时，不利于端面顶板的支护，易诱发冒顶。

3综采工作面过断层技术

根据以上分析，综采8707工作面通过F4断层破碎带应采取以下工程措施。

3.1　挑顶挖底与调整割煤高度

(1)综采8707工作面F4断层展布如图2所示，综采面8707过断层坡度调整方法如图3所示。综合采用挑顶挖底和调整割煤高度方法通过断层破碎带，其工艺过程如下：

图2　回采工作面F4断层展布

图3　综采面8707过断层坡度调整方法

工作面从上盘向下盘推进时，上盘顶板由煤体以及下盘顶板和断层面间的摩擦力来支撑，过断层的顶板压力较小。在开采的初期，按照3°起坡角，调整的倾斜长度为55m，支架调整的范围为54～90号液压支架，底滚筒需与工作面底板趋势相同。在过断层时，调整的斜长范围内，采高为2.8m；开采初期，机头到断层破碎带、断层破碎带到机尾的采高为3m。

顶刀调整时，在变坡点1抬滚筒，变坡点2降滚筒，幅度不能超过100mm，过渡要平缓，顶刀的走势与推进方向顶板趋势保持相同。底刀调整时，对变坡点1，过渡斜长为7~10m，调整角为2°，抬刀幅度为350mm，分多次调整。采煤机反向牵引时，对变坡点1进行反向调整。对变坡点2，采取同样的调整方法，并且预留底煤200~300mm。刮板输送机随之顺平、顺直，随着工作面不断推进，断层倾角和落差减小。

(2)采用树脂木锚杆防片帮技术，能够有效防止煤壁片帮造成的支架端面距加大，从而控制控顶距内冒顶，使工作面顺利通过断层。

(3)针对8707综采工作面顶板破碎，回采过程中支架顶梁前方出现的大面积冒顶情况，应用聚合材料马丽散化学浆液注浆，以加固工作面的破碎顶板，确保工作面的安全生产。

3.2　马丽散材料注浆加固破碎顶板

马丽散材料是一种低黏度、双组合合成高分子——聚亚胺胶酯材料，具有高度黏合力和很好的机械性能，与岩层产生高度黏合，可持续与工作面一致的寿命，能够有效加固破碎顶板[2-4]。

(1)注浆地点沿8707综采面倾斜方向，由于在16号～28号，54号～90号支架处频繁发生严重片帮、冒顶。片帮范围达3~15m，片深1.5m以上，冒顶高度高达2m以上，致使支架无法向前推移。针对以上情况，在16号～28号，54号～90号支架前探梁上方冒落空间和煤层内注入马丽散化学浆液，封堵加固冒落空间并阻止煤壁进一步片帮，以及充填冒落空间上方岩层破碎裂隙，防止顶板岩层的再冒落。

(2)布孔位置与参数根据工作面采高，在工作面布置2排注浆孔，第1排注浆孔距离顶板0.5m，第2排注浆孔距离底板1.5m，均按三花眼布置。注浆孔孔径为42mm，孔深6m和8m，上排注浆孔仰角为45°，下排注浆孔仰角为20°。

由文献可知，注浆后浆液的扩散半径为：

式中，R为浆液的扩散半径，cm；pc为注浆孔内压力，MPa；p0为受注裂缝内地下水压力，MPa；T为注浆时间，s；b为裂缝宽度(开度)；rc为注浆孔半径，cm；μ为浆液黏度，MPa·s。

根据8707综采面的注浆参数计算可知，渗透半径为1.65m，实测1.8m，由于注浆孔按三花眼布置，最终确定孔间距为3m。

由钻孔布置可知，浆液有效固化厚度为5.7m顶板和2.1m煤层，能够最大程度保证工作面正常推进，避免漏顶现象发生。8707工作面煤壁注浆孔布置如图4所示。

图4　8707工作面煤壁注浆孔布置

(3)注浆工艺钻孔时要求钻孔直径为42mm和69mm 2种，深度和倾角按照设计要求进行钻孔，在现场可根据地质情况变化进行适当调整。注浆时把2根吸料管分别插入马丽散树脂和催化剂桶中，其体积配合比为1∶1，质量配合比为1∶1.17，使用多功能风动注浆泵，压力要求为4~7MPa，活塞在气马达的作用下运动，由于压力的作用使原料经过活塞进入输料管，输送到注射枪里，通过注射枪注入地层，原料渗入裂隙，进而快速反应达到加固的目的。施工设备为2台ZBQS-8.4/12.5型注浆泵，1台TXU-75型岩石钻机和1个7655型风钻。

本施工工艺简便新颖，和通常的机械或物理加固方法不同，是一种有效的化学加固方法，并且操作方便，对现场施工要求不高，能快速、高效地达到加固的目的，注浆工艺如图5所示。

图5　注浆工艺

3.3　8707综采面支架维护措施

对现场支架的观测发现，很多支架存在漏液和支柱损坏现象，其中43号、76号、107号漏液严重，75号～78号顶梁俯仰角为19°，一部分支架顶梁台阶达到200~300mm，端面距达到1500~1800mm。

针对以上问题，应当采取以下措施：

(1)控制好工作面的平度和直度。提高液压支架的初撑力，采取带压移架，以减少由于移架而产生的顶板破坏。并且提高乳化液泵站压力，保证供液系统不漏液，加强对支架的检修力度，保证设备的正常运转，要对常用、易损配件设置备用，保证及时供应。

(2)加强对支架位态的监测，顶底板在斜坡段要平缓过渡，及时调整支架的俯仰角和台阶差，保证其不要太大。当支架发生歪斜时，可以采取倒拉架并借助侧护板油缸的方法进行调整。

(3)采煤机割煤后，应及时支护顶梁，采用手动收打护帮板，控制端面距在200mm内，防止大面积片帮和冒顶。

(4)工作面推进速度越快，煤壁暴露时间越短，对控制顶板破碎越有利。可以采取减少采煤机截深，提高牵引速度，浅割快跑的方法降低顶板的破碎程度。

(5)加强工作面的工程质量检测，规范人员行为，严格按照技术措施要求进行钻孔、移架等操作。

4结论

(1)分析了断层破碎带对8707综采工作面矿压显现的特征，在此基础上，根据断层的落差和倾角、综采设备的最低工作高度、煤层厚度和倾角等因素确定了采用挑顶挖底法和调整割煤高度法通过断层破碎带的技术措施。

(2)针对8707综采工作面顶板破碎，回采过程中支架顶梁前方出现了大面积片帮及冒顶情况，应用聚合材料马丽散化学浆液注浆，加固工作面的破碎顶板，防止了顶板的再次冒落。

(3)根据现场观测发现的工作面支架的漏液和损坏，以及支架的俯仰角、顶梁台阶和端面距等位态较差的现象，提出了相应的支架维护及管理措施。

(4)当工作面支架前探梁冒顶区和煤壁注浆加固完成后，工作面开始正常回采并进行过断层工艺调整，随后进行现场监测发现，没有再发生片深超过0.5m的片帮，工作面顺利通过了断层破碎带，安全生产得到了保证。

[参考文献]

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[责任编辑：邹正立]