综采工作面过断层期间的安全技术措施

张 鹏

（阳泉煤业集团长沟煤矿有限责任公司，山西 晋中 030600）

1 概述

阳泉煤业集团长沟煤矿有限责任公司15113 工作面位于一采区，工作面东部紧邻15111 采空区，南部为和顺县正邦良顺煤业有限公司（矿界），西部紧邻15115 采空区，北部为南回风大巷。

15113 工作面切巷设计长度为161m，工作面可采长度为1137m。15113 工作面回采煤层为15#煤层，煤层赋存稳定，结构简单。煤层总厚度最大5.19m，最小4.97m，平均煤厚5.1m。煤层倾角1°～14°，局部坡度较大，平均倾角为5.5°。煤层节理比较发育，煤质较软。煤层中伴生有夹矸和黄铁矿结核，分布极不规律。15113 工作面采用单一走向长壁后退式综合机械化低位放顶煤采煤法，采煤高度为2.6m，放煤高度为2.5m。工作面推进到距切眼350m 时，15113 回风巷揭露一条逆断层F1，落差1.5m，倾角为42°。断层逐渐向工作面北西方向延伸，影响回采长度达50m。工作面回采至345m 处时，从尾部端头支架往头部方向45m 范围内工作面煤壁出现破碎现象，对回采造成较大影响。

2 仰斜回采工艺应用

2.1 回采方案确定

15113 工作面回采至350m 揭露F1 断层，距停采距离还有110m。由于F1 断层落差为1.5m，对工作面回采影响较大，研究制定了三种过F1 断层回采方案：

（1）直接回采法

15113 工作面采用放顶煤回采工艺，放煤高度2.5m。F1 断层延伸工作面后造成前方煤体上升，直接回采时位于工作面北部沿15#煤层底板进行回采，底板主要以炭质泥岩及粗砂岩为主，回采至100m处过断层，直至回采至停采处。采用直接回采法过F1 断层时虽然破岩难度小，便于工作面管理，但是位于断层处煤层上升后在放煤时出现放煤不到位，遗留顶煤厚度为1 ～2m，造成采空区遗煤量大，降低回采量。

（2）缩面法

工作面回采至350m 揭露断层后及时停采，在工作面前方施工回撤通道，并进行搬家回撤。采用该方法可有效避免断层对回采施工影响，但是增加了停采煤柱宽度，减少了工作面煤柱回采量达17.4万t，煤柱损失严重。

（3）仰斜回采法

工作面揭露断层后以设计仰角进行回采，确保工作面过断层后能够沿上盘煤层底板进行回采，从而减少了煤柱损失，但是需破上盘煤层局部底岩。

综上所述，为了提高工作面煤层回采量，保证工作面安全过断层，决定采用仰斜法回采工艺。

2.2 仰斜回采工艺

（1）工作面从头部进行斜切进刀，当工作面回采至105m 处揭露断层时及时对工作面进行伪斜调整并及时进行移架，确保工作面平直。

（2）工作面伪斜调整完成，抬高采煤机前滚筒割煤高度。工作面每回采1.0m 采煤机滚筒抬高0.1m，保证采煤机仰斜割煤角度控制在5°～8°范围内。由于采煤机仰斜割煤时需留断层上盘底岩，在前5m 范围内仰斜回采时底岩厚度小，底岩破碎相对严重，在底岩上方铺设木枕辅助采煤机仰斜割煤，可防止采煤机陷底现象。

（3）工作面回采15m 后揭露断层上盘煤层底板，此时及时调整采煤机仰斜角，使采煤机逐渐进行近水平煤层回采，如图1 所示。当底岩硬度高，采煤机破底岩难度大时，可采用松动爆破辅助采煤机破岩。

图1 15113 工作面仰斜回采过F1 断层剖面示意图

3 过断层顶板控制技术

为了防止工作面过断层时顶板出现破碎、煤壁片帮现象，过断层期间采取“波雷因注浆加固+矿工钢棚”联合顶板控制措施。

3.1 波雷因注浆加固

（1）为了提高断层带煤体加固效果，决定采用波雷因注浆材料加固。波雷因属于高效改性聚亚胺树脂材料，主要由多异氰酸酯、羟基化合物、催化剂、助溶剂、发泡剂等混合而成。与马丽散相比，波雷因注浆材料对裂隙渗透能力更强，粘接效果好，粘接后的煤岩体强度是马丽散粘接后煤岩体强度的1.5 倍左右。

（2）在F1 断层前10m 以及断层后15m 范围内对煤层回采顶板施工注浆钻孔。钻孔施工在距顶板1.0m 煤壁处，钻孔间距为3.0m，深度为5.0m，钻孔与顶板仰角为45°。

（3）钻孔施工完后采用 QB-35 型高压双液注浆泵依次对钻孔注入波雷因化学材料，注浆前需采用膨胀水泥对钻孔进行封孔处理，封孔长度为0.6m。在注浆时当煤体出现浆液渗透时立即停止注浆。注浆2h 后工作面方可继续回采，每回采5.0～8m 后进行一次注浆施工。

3.2 矿工钢棚施工

为了防止采煤机仰斜回采时顶板出现局部冒落现象，保证支架在仰斜顶板处具有足够的工作阻力，决定在仰斜顶板处施工矿工钢棚并安装水泥背板。

（1）每架矿工钢棚长度为2.0m，主要由一根长度为2.0m 矿用11#工字钢以及两根长度为5.0m预应力钢绞线组成。水泥背板每块长度为1.2m，宽度为0.3m。

（2）当采煤机第一刀仰斜回采后，及时在仰斜顶板施工矿工钢棚，矿工钢棚与煤壁垂直布置。矿工钢棚施工后保证钢棚面与仰斜顶板间距为0.2m，矿工钢棚施工间距为1.0m，每组共计施工20 架。如图2 所示。

图2 15113 工作面仰斜回采顶板支护断面示意图

（3）矿工钢棚安装后，在钢棚上方依次密集铺设水泥背板，水泥背板铺设后采用打压千斤对钢棚进行预紧，保证水泥背板与仰斜顶板接触严实。工作面每回采2 ～3m 后施工一组矿工钢棚。

3.3 安全措施

（1）放了防止过断层时出现大面积片帮现象，过断层期间应严格控制采煤机截割深度，单茬割煤进度控制在0.5m 左右。同时在过断层期间采用分段式移架方式，减小断层处顶板空顶时间，降低端面破碎现象。

（2）为了防止在仰斜回采移架时出现支架倒架、倾架等现象，仰斜移架时需对液压支架采取防倒架措施，可采用戗木柱、安装绞车拉紧等措施。

（3）在过断层期间由于受构造应力影响工作面煤壁出现片帮现象，若片帮深度大于1.0m 时，应对煤壁采取有效防护措施，如铺设聚酯纤维网、施工玻璃钢护帮锚杆等。

4 结束语

（1）对15113 工作面F1 断层带处采取波雷因化学材料加固后，破碎带煤体抗压强度由原来的不足7MPa，提高至29MPa。与传统马丽散注浆相比，该材料渗透能力及粘合能力强，对沙粒状破碎煤岩体粘接效果好，具有较强的适用性。

（2）通过对仰斜回采顶板施工矿工钢棚，解决了仰斜回采时顶板平整度低、支架接顶难度大、顶板破碎严重等技术难题，保证了液压支架在仰斜回采时初撑力及工作阻力，防止了顶板冒落现象。