综采工作面过断层施工工艺应用

朱 峰

（山西焦煤汾西矿业集团南关煤业有限责任公司，山西 晋中 031304）

1 概述

山西焦煤汾西矿业集团南关煤业有限责任公司3205工作面位于三采区，工作面走向长度607 m，倾向长度140 m，工作面回采煤层为霍西煤田2#煤层，煤层平均厚度为2.4 m。2#煤层伪顶主要以泥岩为主，平均厚度0.3 m，直接顶主要以含砂泥岩及薄煤层为主，平均厚度为3.0 m，基本顶主要以粗砂岩为主，平均厚度为3.5 m。

3205工作面采用走向长壁后退式采煤法，综合机械化采煤工艺，自然垮落法管理顶板。选用ZZ4000-14/32型掩护式液压支架进行顶板支护（共计90架），MG300/700-QWD型采煤机破煤，SGZ-764/800型刮板运输机运煤。

根据南关煤矿地测科提供资料显示，3205工作面回采至420 m处揭露一条正断层F7，断层落差为2.0 m，倾角为55°，断层从机头处预先揭露，并沿工作面煤层延伸至机尾处，断层与工作面成10°夹角布置。由于F7断层落差较大，回采煤层下移，对过F7断层回采方案进行合理选择，采取有效的技术措施非常重要。

2 过F7断层施工工艺及技术措施

2.1 回采方案选择

对3205工作面过断层提出了三种回采方案。第一种方案是直接破岩平行推进；第二种方案是工作面机头段揭露F7断层时以7°俯角下山回采，过断层后揭露下盘煤层后继续平行回采；第三种方案是工作面机头段在揭露F7断层前5m时，以机头处为旋转点对工作面进行旋转伪斜回采，工作面旋转后与F7断层平行，然后平行回采5.0 m，且机头、机尾同时揭露F7断层后再以7°俯角下山回采。

第一种方案破岩量大，在回采过程中对采煤机切割部损伤严重，同时直接破顶岩回采会造成断层下盘处底煤损失严重。

第二种方案相比第一种方案破岩量大大减少，但是当工作面在机头段揭露断层时机尾段与F7断层间距为25 m，若此时直接对3205工作面采用下山回采，对机尾段顶煤损失严重，且不利于顶板管理。

综上所述，确定3205工作面过F7断层时选取第三种回采方案。

2.2 推采方法

（1）受F7断层应力影响，预计工作面回采至400 m处进入断层破碎区域，此时适当减小采煤机切割深度，控制在0.5 m左右，并及时带压擦顶移架。

（2）当工作面回采至415 m处时，机头段距F7断层距离为5.0 m，机尾段距F7断层距离为25 m，此时以机头段2#支架为旋转中心，对机尾段进行旋转，如图1所示。施工方法如下：① 由于SGZ-764/800型刮板运输机最大弯曲角度为1.2°，所以单位割煤深度内刮板输送机弯曲长度为L=0.65/sin1.2°=32.5 m，支架数为N=32.2/1.5=22架，旋转割煤等分数W=90/22≈4；② 在等分割煤时等分点分别为2#架、24#架、46#架、68#架，将采煤机移至68#支架上行割煤至90#支架然后空刀返回至46#支架并及时移68#～90#支架及刮板输送机，再上行割煤至90#支架并空刀返回至24#支架，并及时移46#～90#支架及刮板输送机，依次类推直至采煤机空刀返回至2#支架，第一个内循环割煤完成；③由于一个内循环旋转距离为S=0.65×4=2.6 m，所以工作面需旋转割煤刀数m=25/2.6≈9刀。

（3）3205工作面旋转后进行伪斜推采，5 m后揭露F7断层，此时调整采煤机切割角度以7°俯角推采，回采时割煤深度不得超过0.5 m，割煤后及时进行移架。

（4）当工作面下山角度推采16 m后，揭露断层上盘2#煤层，此时调整采煤机割煤角度，沿2#煤层顶底板近水平回采。

（5）当工作面回采过F7断层5 m后继续进行旋转调面，此时以机尾段为旋转中心，旋转工艺与过断层前旋转工艺相同，如图1所示。

图1 3205工作面过F7断层前后工作面旋转平面示意图

2.3 下山推采顶板控制技术措施

3205工作面下山回采期间需破上盘顶板岩石层，而2#煤层伪顶以泥岩为主，直接顶以含砂泥岩及薄煤层为主，岩石层易破碎，在下山回采时顶板很难预留，采用注浆及施工超前锚杆支护的方法进行破碎顶板控制维护。

（1）注浆支护。注浆主要目的是加强破碎顶板胶结稳定性，提高破碎顶板承载能力。采用马丽散混合液作为注浆液，工作面布置一排注浆钻孔，钻孔间距为3.0 m，钻孔深度为5.0 m，钻孔布置在距工作面顶板1.0 m处且与工作面成8°仰角布置。

（2）超前锚杆支护。超前锚杆支护主要目的是防止工作面在回采时受应力影响，破碎顶板发生局部冒顶。超前支护体采用长度为3.5 m、直径为30 mm的玻璃钢锚杆，锚杆间距为2.0 m，锚杆布置在工作面下山推采时设计顶板位置，工作面下山割煤后支架顶梁紧贴支护杆体进行移架。

3 应用效果

目前3205工作面回采已过F7断层，通过现场观察发现采用第三种回采方案过F7断层时取得了较好效果，主要表现为：

（1）3205工作面过F7断层采用下山推采，减少了过断层期间破岩量，降低了工作面机械设备故障率；采用旋转推采方式，增加了三角顶煤回收率。与传统直接过断层相比，减少破岩量31360 m3，提高煤柱回收量24000 t，回采期间采煤机切割部及支架顶梁未出现严重损坏情况。

（2）在下山推采期间采用注浆+超前锚杆支护对破碎顶板进行联合维护，期间顶板未出现严重破碎现象，特别是在顶板岩石层与煤层交界处完全得以控制，避免了因胶结不稳定造成顶板大面积垮落事故发生；下山推采期间液压支架顶梁紧贴超前锚杆支护带压移架，保证了支架初撑力，降低了支架顶梁损坏率。