回采面仰斜法过断层施工工艺应用

赤 永 东

（大同煤矿集团大斗沟煤业公司，山西 大同 037003）

0 引 言

综采工作面过断层期间受构造影响，破坏了煤岩体稳定结构，改变了围岩力学性质，若不采取合理有效的回采工艺及过断层安全技术措施，不仅降低了工作面回采速度，及原煤回采量，增加了设备故障率，而且很容易发生重大煤矿安全事故，如顶板冒落等；所以工作面过断层前，必须合理分析过断层时主要存在的技术难题，并根据实际情况采取合理有效回采工艺及安全措施；本文以大斗沟矿8201 工作面为例，对工作面过F7 断层提出了仰斜回采工艺及合理顶板控制措施。

1 概述

1.1 工作面简介

大同煤矿集团大斗沟煤矿8201 工作面位于井田三盘区，北东部为盘区大巷，北西部为8202 设计工作面，南东为8206 设计工作面，南西为山2#煤层可采边界。

8201 工作面设计走向长度为1700m，倾向长度为185m，回采煤层为山西组2#煤层，煤层平均厚度为2.71m，2#煤层直接顶主要以砂质泥岩为主，平均厚度为2.2m，基本顶主要为K4 灰岩，平均厚度为8.4m，工作面采用MG750/1630-WD 型双滚筒采煤机割煤，采用ZFG13000/27.5/42 型液压支架支护顶板，全部垮落法处理采空区。

1.2 地质条件

根据8201 工作面钻孔资料显示，8201 工作面回采至1470m 处揭露一条F7 正断层，断层落差为1.8m，倾角为45°，断层与工作面夹角为9°，断层从8201 回风顺槽13#导线点前5.0m 揭露，受断层影响，工作面煤层出现上翻现象。

2 过F7 断层主要存在技术难题

1）移架困难：由于8201 工作面揭露的F7 断层落差为1.8m，导致工作面煤层出现上下错移，若采用传统直接法过断层带压擦顶移架时，支架顶梁上方预留顶煤厚度达0.9m，受构造应力、回采应力影响，顶煤预留难度大，使支架顶梁损坏严重，导致支架移架时难度大。

2）机械设备损坏严重：采用传统强行法过断层时，采煤机破岩量大在破岩石对采煤机截割部损坏严重，而且岩体主要以灰岩，岩体硬度及块径大，在落岩时对刮板输送机输送槽产生冲击破坏力，导致溜槽变形、刮板链断裂现象，增加设备维修成本费用。

3）原煤损失量大：由于F7 断层贯穿整个工作面，且断层下盘底板岩体上移，采用传统采煤机强行割煤时顶板破岩厚度达1.8m，工作面回采至1600m停采线位置共计原煤损失量达4.5 万t，经济损失达950 余万元。

4）回采效率低：采用传统回采工艺时，由于工作面破岩量达，单刀割煤深度不足0.5m，且割煤20m 后需对采煤机进行停机冷却，单刀循环割煤时长达3.5h，平均回采速度不足3.0m/d。

3 仰斜发过F7 断层施工工艺

3.1 仰斜回采工艺

1）8201 工作面从尾巷侧首先揭露F7 断层，为了减少采煤机破岩量，提高煤柱回采量，在工作面回风顺槽距F7 断层30m 处时对工作面进行旋转回采，以工作面尾端为旋转点，对工作面进行旋转，旋转后确保工作面与断层平行布置。

2）工作面伪斜调整后以10°仰角进行仰斜回采，仰斜回采时严禁采煤机一次性割全刀，允许一次性割煤长度为30m，割煤深度为0.6m，割煤后及时进行移架、推移刮板输送机，依次类推直至通刀割煤完成。

3）当工作面仰斜回采时留底煤破顶岩石，当工作面仰斜回采17m 后采煤机揭露F7 断层下盘煤层，继续回采10m 采煤机完全揭露下盘煤层顶板，此时即使调整采煤机回采角度，进行进水平煤层回采，如图1 所示。

4）工作面在断层下盘煤层进水平回采5.0m 后，再次进行旋转回采，对工作面伪斜进行调整，此时以工作面端头支架进行旋转点，对工作面尾部进行旋转回采，直至工作面与头尾顺槽完全垂直为止。

图1 8201 工作面仰斜法过F7 断层剖面示意图

3.2 安全技术措施

由于2#煤层胶结稳定性差，工作面在仰斜回采期间预留顶煤难度大，煤层冒落、破碎现象严重，造成支架支护时出现顶梁托空现象，降低支架支护效果，所以通过研究决定，对仰斜回采顶板采取施工超前锚杆支护。

1）超前锚杆支柱主要由树脂锚杆、固定托架、锚索等部分组成，树脂锚杆长度为3.0m，直径为22mm；固定托架长度由为3.2m，宽度为0.28m“JW”钢带制成，托架上均匀焊制3 个圆孔，孔间距为1.5m。

2）工作面仰斜揭露F7 断层下盘煤层时，采用手持式钻机在工作面设计顶板位置施工一排仰斜支护钻孔，钻孔深度为4.0m，仰角为10°，钻孔间距为0.75m；钻孔施工完后对钻孔内填装两支锚固剂（一支MSKC23/35 超快型、一支MSK23/80 快速型），以及一根树脂锚杆，并采用钻机进行锚固，锚固后锚固力不得低于100kN，锚杆外露长度控制在0.2m 左右。

3）超前锚杆安装后为防止在揭露煤层后，锚杆松动现象，同时提高端面顶板稳定后，决定在超前锚杆外露端安装托架将其与顶板进行固定，每3 根锚杆采用一根托架进行固定，托架采用三根长度为3.5m，直径为21.6mm 恒阻锚索进行固定，如图2 所示。

4）超前锚杆支护施工完后，割煤时支架顶梁紧贴锚杆带压擦顶移架，当工作面仰斜回采3.5m 后，在工作面施工第二排超前锚杆支护，相邻两排超前支护交错叠加布置，叠加距离为0.5m，依次类推直至工作面仰斜回采结束。

图2 仰斜回采超前锚杆支护平面示意图

3.3 实际应用效果分析

1）2018 年7 月21 日8201 工作面揭露F7 断层，且采用仰斜回采工艺，截止7 月27 日工作面完全过断层，在仰斜回采期间工作面平均回采速度为5.5m/d，回采期间未发生顶板破碎、冒落现象，支架初撑力、工作阻力控制在额定值84%以上。

2）采用仰斜回采时破岩量为3211m3，且主要为炭质泥岩，与传统且行回采相比，减少破岩量达2.9万m3，降低了工作面采煤机、刮板输送机故障率，通过实际观察发现，仰斜回采期间更换截齿6 个，刮板更换3 根，与传统回采工艺相比，设备故障率降低至3%以下，全年节约设备维修费用达120 万元。

3）与传统回采工艺相比，仰斜回采时提高煤柱回采量达4.2 万t，提高煤矿经济效益达860 余万元。

4 结束语

针对8201 工作面传统工艺过F7 断层时回采效率低、破岩量大、煤柱损失严重等技术难题，大同煤矿集团大斗沟煤业公司通过技术研究，提出了仰斜回采工艺以及合理的顶板控制措施，通过实际应用，该回采工艺大大提高了工作面回采效率，及原煤回采量，保证了工作面回采安全，得到了矿及集团公司一直认可，并在集团公司其它煤矿不稳定山西组3#、4#、5#等煤层回采中进行应用，为类似地质条件工作面回采提供实践借鉴意义。