综采工作面导硐法过断层施工工艺研究

吴跃东

（大同煤矿集团燕子山矿，山西 大同 037037）

1 概况

大同煤矿集团燕子山矿8210工作面位于井田302盘区，工作面西部为可采边界线，南部为8208设计工作面，东部为盘区巷，北部为2212已掘进工作面。

8210工作面设计走向长度为2297m，倾向长度为220m。工作面回采煤层为二叠纪下统山西组4#煤层，平均厚度为7.44m，煤层结构复杂，厚度不稳定，煤层内有4～7层0.05～1.37m的夹石，夹石总厚为2.06m，煤层大致走向东西，倾向北，倾角为3°，采用综合机械化放顶煤回采工艺，采煤高度为3.3m，放煤高度为4.1m，目前工作面已回采376m。

根据地测科提供的8210工作面地质资料显示，8210回采至384m处揭露一条正断层F2，断层落差为1.2m，倾角为52°，断层与工作面夹角为21°（如图1所示），且从头巷（2210巷）13#导线点往前5.0m处揭露延伸至工作面，对工作面倾向影响长度为57m（129#～97#支架）。受构造应力影响，工作面回采至372m处进入断层破碎带，工作面回采速度降低至3.2m/d，当工作面回采至376m处时端面破碎严重，局部出现漏顶现象，液压支架初撑力及工作阻力不足72%，降低了支架支护效果，威胁着工作面安全快速回采。对此，决定采用导硐法过F2断层应力区，力求保证工作面安全快速回采。

图1 8210工作面F2断层布置平面示意图

2 导硐法施工工艺

2.1 导硐位置的确定

受断层影响，断层带附近煤岩体出现断裂、错动现象，从而破坏了煤岩体整体稳定性。由于8210工作面采用的是放顶煤回采工艺，回采煤层不稳定，在断层带附近应力集中现象明显。随着工作面不断推进，回采应力前移，当回采应力与集中构造应力叠加时，会导致顶煤及煤层顶板出现严重破碎现象，甚至会发生顶板大面积垮落事故。采用导硐法过断层破碎区，一方面主要是对应力区顶板进行超前维护，另一方面主要是制造应力释放空间，使集中应力达到有效释放，降低应力对煤岩体破坏作用。

根据煤岩体应力破碎原理，采用试验钻孔煤屑量法确定断层带应力集中区，提前在2210巷位于断层带附近共计施工5个试验钻孔（1#～5#）。钻孔深度为30m，钻孔垂直煤壁布置，其中1#钻孔布置在距工作面3m处，其他钻孔依次间隔3m布置，钻孔施工期间详细记录每米产生的煤屑量。通过对比发现，1#～3#钻孔每米产生的煤屑量呈递增趋势，1#钻孔最小，平均为2.9kg/m，3#钻孔最大，平均为4.7kg/m。3#～5#钻孔每米产生的煤屑量呈递减趋势，5#钻孔平均为3.2kg/m。由此可见3#钻孔处应力集中最为显现，最终决定将导硐位置确定在3#钻孔前1.0m处，即距工作面10m处。

2.2 施工工艺

（1）采用松动爆破扩帮法进行导硐施工，导硐断面规格为宽×高=3.5×3.3m，为矩形断面规格，工作面采用刮板输送机及隔爆型专用装载机进行联合出煤。在开口处往机头方向安装一台15kW局部通风机，对导硐进行供风。在导硐施工期间，合理调整进风量，保证工作风量充足。

（2）松动爆破断面规格为宽×高=2.0×3.3m，工作面共布置三排松动爆破孔，每排布置4个，钻孔间距为0.5m，排距为1.5m，钻孔垂直煤壁布置，钻孔深度为1.0m。

（3）松动爆破钻孔施工完后，在每个爆破孔内填装一支三级矿用乳化炸药及一支毫秒延期电雷管，并采用黄土及水袋进行封孔，每次允许爆破炮孔数量不得超过4个。

（4）导硐单茬松动爆破后及时采用风镐进行扩帮，扩帮宽度为1.5m，扩帮后及时对硐室顶板采取联合支护措施。

3 联合支护工艺研究

为了保证导硐施工安全，提高导硐顶板稳定性，对导硐顶板采取“注浆+恒阻锚索+迈步式锚索吊棚”等联合支护措施。

3.1 注浆支护

（1）为了防止工作面与导硐贯通后位于工作面侧导硐顶板受煤柱切顶破坏，导致顶板断裂破碎，导硐施工完成后对导硐位于工作面侧顶板采取注浆支护。

（2）导硐顶板施工一排注浆钻孔，钻孔呈直线布置，钻孔施工在距工作面煤壁1.5m处，钻孔间距为3.0m，直径为45mm，钻孔深度为5.0m，与顶板成30°仰角布置。

（3）注浆钻孔施工完后，对注浆钻孔安装封孔器。由于封孔器对周围岩体产生较大压力，与围岩煤体可紧密结合，从而起到有效的封口作用。封孔器安装后将注射管注入到封孔器中，然后采用气动2ZBQ210/4双液注浆泵进行注浆施工。

（4）注浆液采用马丽散与催化剂配比混合液，该注浆液具有渗透能力强、粘接效果好等优点，而且具有较强的可塑性，可随着围岩变化而变化。注浆压力控制在0.9～1.5MPa范围内。

3.2 恒阻锚索支护

受构造应力影响，在施工导硐时顶板破碎严重，采用传统的锚杆支护无法起到预期悬吊及组合梁作用，研究决定对导硐顶板采取恒阻锚索配套“JW”型钢带联合支护。

（1）由于F2断层落差为1.2m，且为正断层，导硐位置位于F2断层下盘处，顶板煤岩体下移，导硐施工时顶板往上2.9m为4#煤层，不稳定泥岩直接顶厚度为3.6m，为了保证顶板支护效果，决定采用长度为8.5m、直径为21.6mm高强度预应力恒阻锚索，每排施工4根，锚索间距×排距=1.0×2.0m。

（2）“JW”型钢带长度为3.2m，宽度为0.28m，厚度为4mm，每根钢带焊制5个直径为30mm圆孔，与恒阻锚索配套使用，钢带与硐室垂直布置，排距为2.0m。

（3）为了提高恒阻锚索锚固效果，每根锚索采用四支锚固剂，两支型号为MSCK23/38超快型，两支MSCK23/60快速型，上部超快型下部快速型，锚固时间不得低于90s，等待时间不得低于480s，锚固后锚索锚固力不得低于100kN。

（4）恒阻锚索施工完后，将“JW”型钢带与锚索之间依次安装拱形垫片及锁具，并采用SKG225/17型张拉千斤进行预紧，预紧压力不得低于26MPa，预紧后保证锚索外露长度控制在0.3m以内。

3.3 迈步式锚索吊棚施工

为了进一步提高导硐顶板稳定性，待顶板恒阻锚索施工完后对顶板施工两排迈步式锚索吊棚。

（1）每架锚索吊棚由一根长度为3.0m的11#工字钢梁及两根长度为6.0m、直径为17.8mm预应力锚索以及锁具、垫片等部分组成，每根钢梁上焊制两根圆孔，孔间距为2.0m。

（2）为了防止锚索吊棚出现切顶破坏，迈步式锚索吊棚与“JW”型钢带垂直布置。第一排锚索吊棚施工在距工作面侧煤壁1.0m处，相邻两排锚索吊棚排距为1.5m，同一排相邻两架锚索吊棚间距为0.5m。

（3）锚索吊棚施工完后保证钢梁平面与顶板接触严实，且第二排锚索吊棚与第一排锚索吊棚成“迈步式”布置，即第二排第一架锚索吊棚与第一排第一架锚索吊棚错位1.5m布置，如图2所示。

图2 导硐区域顶板联合支护平面示意图

4 结 语

针对8210工作面采用传统的采煤机强行过断层应力区机械设备损坏率高、支架支护效果差、顶板破碎严重等问题，提出了导硐法过断层破碎区，对导硐区域顶板采取“注浆+恒阻锚索+迈步式锚索吊棚”等联合支护措施，取得了较好的效果。

（1）采用导硐法过F2断层破碎区，对应力区煤体应力进行了有效释放，工作面在后期回采过程中，顶板未出现严重破碎、冒落现象，液压支架达到预期支护效果，初撑力及工作阻力提高至83%以上，工作面过断层破碎区回采速度由3.2m/d提高至6.4m/d。

（2）采用联合支护技术对导硐顶板进行联合维护，保证了顶板稳定性，提高了顶板承载能力，工作面与导硐贯通前后顶板未出现下沉、破碎现象，为工作面与导硐贯通后快速前移机械设备提供了有力保证。