综采工作面通过构造区域的管控

常 鑫

（晋煤集团成庄矿，山西 晋城 048000）

1 工程概况

晋煤成庄矿位于山西省晋城境内，区内4313综放采掘工作面位于一水平四盘区，地面标高最高1086m，最低920m，走向长度1709.67m，倾向长度210m。工作面煤层厚度为6.10～6.40m，平均厚度6.30m。直接顶岩石成分为泥岩，厚度为2.45m，基本顶岩石成分为砂质泥岩，厚度为9.10m。根据巷道掘进揭露地质构造和钻探结果资料显示，工作面内发育有12条正断层，对回采影响程度较大。工作面掘进期间揭露F132正断层，断层的走向、倾向、倾角分别为72°、162°和20°，平均断距为1.3m。在使用传统锚杆、锚索联合支护的条件下，工作面推进到断层附近时，煤层破碎严重，顶板下沉量与帮部变形量较大，给工作面安全生产带来了很大影响。

2 过断层构造区域的管控技术

2.1 超前撞楔注浆支护

根据4313综放工作面断层区域的大小，在其顶板上沿作业面垂直方向均匀布设11排钢柱，各排钢柱的间距为400mm，钢柱长度选用2500mm。在工作面顶板下方1000mm处均匀布置5个钻孔深度为4500mm的注浆钻孔，待准备工作就绪后，通过注浆泵在钻孔内注入一定量的低粘度马丽散浆液，使其充分填充煤岩体的节理裂隙[1]。通过钻孔窥视镜对注浆情况实时观测，待煤岩体出现明显的浆脉后，即可再次进行推进作业，在工作面推进过程中，需每隔3m进行一次顶板补钉工作，以保证顶板结构的稳定性。超前撞楔注浆支护结构示意如图1所示。

图1 超前撞楔注浆支护结构示意图

2.2 过断层临时加强支护

在4313综放工作面巷道过断层构造区域内，通过工字钢棚进行临时加强支护，钢棚布设结构示意图如图2所示。钢棚布设过程如下：

（1）在过断层构造区域进行起底操作，起底规格为250mm×180mm（宽度×深度），在起底完成后，对工作面进行混凝土干料浇筑，干料配比为水泥∶粉煤灰∶沙子∶碎砂石=1:8:1.4:1.2，并在浇筑区域埋设棚腿底座[2]。

（2）通过窥视镜对浇筑情况进行观测，待混凝土浇筑体彻底凝固后，在预先布设的棚腿底座上安装棚腿，架设棚梁，通过U型卡扣装置联结棚腿与棚梁，并对联结处进行加固处理，防止棚梁的滑动脱落，棚梁架设方向需与巷道保持垂直[3]。

（3）根据该工作面长度以及断层区域分布状况，设定钢棚布设的起点为距F132正断层5m处，终点为通过断层5m处的位置，设置各钢棚布设的间隔为0.5m，各钢棚间通过连接杆相连，在完成钢棚的布设后，要在其上方水泥背板，以增强棚架的稳定性。

图2 钢棚布设结构示意图

2.3 架棚布设

在通过断层构造区域时，若顶板和煤壁的破碎严重，仅仅依靠超前撞楔注浆支护、过断层永久支护技术维护煤岩体稳定性还不能完全保证正常的安全生产，此时，还需要进行架棚支护以保障施工安全。

棚梁的架设需在超前撞楔的掩护下进行，具体过程如下：沿4313工作面巷道顶板12°～15°方向处布置棚梁，并将超前撞楔的钢柱边缘搭于棚梁，架棚支护的前探梁通过U型托钢固定于棚梁上，通过木楔充填前探梁于棚梁之间的间隙，使其紧固，在对前探梁加固时，需使用固定装置对前探梁进行锁定，防止在工作面推进过程中由于抖动引起架棚的滑落，影响采煤机的正常工作[4]。架棚布设结构如图3所示。

在架棚布设过程中，为增加棚梁的抗剪强度，保证其固定效果，应在棚梁处架设固定的锚杆与U29型卡缆，架设棚腿和拉杆时，要严格控制架棚与顶板的距离，避免空帮、空顶现象的出现[5]。在过断层构造区域时，若需要进行后续的架棚布设，要以先前布设作为临时支护，待新的架棚布设完成，才可拆除原有棚架。

图3 架棚布设结构图

3 应用效果

4313综放工作面过断层构造采用“超前撞楔注浆支护+过断层临时加强支护+布棚支护”联合支护工艺，对巷道顶板下沉量、帮部位移量进行监测，巷道变形统计折线如图4所示。

图4 巷道变形统计折线图

通过对成庄煤矿4313综放工作面顶板以及巷帮长达65d的位移监测，由分析可知，4313工作面进行“超前撞楔注浆支护+过断层临时加强支护+布棚支护”联合支护工艺维护后，有效地改善了顶板的破碎状况，提高了整个围岩结构的稳定性。其中，顶板的最大下沉量为34mm，帮部的最大位移量为23mm，较之传统支护控制下顶板与巷帮62mm与57mm的变形量，分别下降了41.18%和56.60%，在工作面推进过程中，巷道围岩变形情况得到了有效的控制，支护效果有了明显的提高，为类似工作面过断层破碎带构造的支护技术提供了一定的借鉴。