综采工作面过大落差断层综合技术应用研究

任 禹

（淮南矿业集团朱集东煤矿，安徽 淮南 232001）

大采高工作面在过断层、陷落柱等构造区域时会出现不同程度顶板下沉、片帮、底鼓，甚至引起冒顶[1]。本文以朱集东煤矿1122（3）工作面为研究对象，针对性提出解决方案，并对施工效果进行评价。

1 概述

朱集东煤矿主采11、13号煤，13-1下距11-2煤层平均间距66 m，煤层平均厚度分别为4 m、1.32 m。1122（3）工作面为东一南盘13-1煤首采面（图1），工作面标高-848.3～ -887.1 m，地面标高+22.1～ +23.5 m。该面平均煤厚4.0 m，煤层倾角3°，面内揭露最大断层DF112落差4～9.5 m，横跨工作面，严重影响回采。DF112断层在3#异常区内，3#异常区影响范围1497～1610 m，其中影响轨顺G1497 m～G1554 m（57 m）、影响运顺G1540 m～G1610 m（70 m U型棚段）。

图1 1122（3）两顺槽剖面图

2 施工方案

采用“加强支护+超前两巷注浆+工作面动态注浆”的方式加固顶帮。回采前，对1122（3）工作面两条顺槽巷道进行加强支护并超前注浆。回采过程中，进行动态注浆，加强顶帮承载力。

方案一：加强支护+巷道围岩浅部注浆。

方案二：加强支护+巷道围岩浅部注浆+巷道围岩深部注浆。

在工作面回采时，随着工作面采动进行动态注浆。

2.1 巷道支护

1122（3）工作面顺槽原采用锚网索支护。顶锚杆为Ф20 mm的左旋螺纹钢锚杆，锚杆长度为2400 mm，间排距1 m×1 m；帮锚杆为Ф16 mm的A3钢锚杆，长度1800 mm，间排距为750 mm×900 mm。每排布置三根Ф17.8 mm的钢绞线锚索，长度6500 mm，锚索间排距1.3 m×2 m。加强支护图如图2。

图2 加强支护图

2.2 超前注浆

1122（3）工作面两顺槽断层影响处顶帮部较为破碎，为切实改善巷帮围岩性质，使围岩形成整体，增强围岩承载力，减少巷道后期维修成本，在巷道顶帮采用注浆加固方式[2]。

两巷超前注久米纳矿用无机加固复合砂浆。该材料可注性优越，稳定性好，可有效防止浆液沉淀分层导致的空隙堵塞；水灰比在0.3～0.4之间，能够最大限度地降低过量水导致的岩层弱化问题；固结体强度高，28 d试样单轴抗压强度可达56 MPa，与碎煤混合40 h后即可达到20 MPa强度。

方案二在方案一基础上，进一步对顶帮深部煤体进行注浆加固。浅部钻孔，排距3000 mm，钻孔间距2000 mm，矩形布置，孔深3000 mm，射浆管长2000 mm，注浆压力2～4 MPa；深部钻孔，排距3000 mm，钻孔间距2000 mm，矩形布置，孔深8000 mm，射浆管长7000 mm，注浆压力4～6 MPa。注浆钻孔布置图如图3。

图3 注浆钻孔布置图

2.3 动态注浆

工作面揭露断层后，在工作面注固瑞特化学材料加固顶帮[3]。工作面回采至1545 m 处时开始对DF112断层下盘煤顶板施工注浆钻孔，在工作面破碎区域每3～5架布置一个注浆孔，距工作面顶板0.3～1.5 m，仰角8°～14°，孔深4～8 m，采用Ф42钻头进行施工，注浆孔数：61个，注浆用量：70 t（2800桶）。

3 数值模拟

由图4可知，采用注浆方式后，巷道围岩得到改善，最大应力约为1 MPa，出现在巷道底部位置[4-5]。采用方案一加固后，巷道塑性变形区域有效减小，主要集中在巷道底部及底板位置，巷道两帮塑性变形区最大深度为2.7 m，顶板塑性变形区最大深度为0.9 m，底板塑性变形区最大深度为2.1 m。采用方案二加固后，巷道塑性变形区域明显减小，主要集中在巷道底部位置，巷道两帮塑性变形区最大深度为2.1 m，顶板塑性变形区最大深度为0.7 m，底板塑性变形区最大深度为1.6 m。

图4 注浆加固位置围岩最小主应力云图

4 应用效果

在1122（3）工作面动态注浆前，对运顺和轨顺段分别进行注浆加固试验，试验段均为20 m，观测巷道表面位移变化，每段布置2个测站。每个试验段第一个测站位置位于断层影响段以里5 m，第二个测站位于断层影响段以里10 m。

由图5可知，采用方案一加固支护方式后，在前8 d，巷道顶底、两帮移近量变化较大，分别达到85 mm和260 mm；在第8～25 d左右移近量变化明显减小，顶底、两帮移近量分别增加了50 mm、75 mm；25 d后，基本无增长，稳定在135 mm、335 mm。采用方案二加固支护方式后，在前8 d，巷道顶底、两帮移近量明显减小，分别达到68 mm和75 mm；在第8～35 d左右移近量变化明显减小，顶底、两帮移近量分别增加30 mm、80 mm；35 d后，基本无增长，稳定在98 mm、155 mm。相比较而言，方案二较方案一顶底、两帮移近量分别减少27%和54%，较原支护方式（顶底、两帮围岩移近量分别超过430 mm和880 mm）而言，顶底、两帮移近量分别减少77%和85%。

图5 巷道移近量-时间曲线

5 结语

采用“加强支护+超前两巷注浆”的方式加固顶帮，能有效控制巷道围岩变形，较原支护顶底、两帮移近量分别减少77%和85%。采用工作面动态注浆，能够明显提高工作面回采进度，经统计回采速率由0.33 m/d提高到0.73 m/d，提高了1.2倍，提前12 d过完破碎区域，确保了安全生产。