综采工作面过断层回采工艺研究

孟 喆

（晋能控股煤业公司忻州窑矿，山西 大同 037001）

1 概 述

忻州窑矿8318 工作面位于井田西翼，东部为14-3#层303 盘区西翼集中回风巷及机轨合一巷，南部为西翼石门，西部、北部为14-3#实煤区。8318工作面设计走向长495 m，倾向长150 m，回采煤层14-3#层，均厚4.01 m，平均倾角2°，煤层结构复杂，煤体变异系数38.43%。煤层顶底板岩性见表1。

表1 8318 工作面顶、底板岩层情况表

8318 工作面回采至240 m 处位于56#支架前方煤壁揭露F5 正断层，断层落差为2.4 m，倾角为60°，断层对工作面回采影响长度为54 m。

2 过断层回采工艺优化

（1）8318 工作面揭露F5 断层后，通过现场观察发现，该断层从56#支架揭露向头部方向延伸，并在工作面前方54 m 运输顺槽处贯穿，断层与工作面夹角为48°，56#支架往头部方向为断层下盘，断层上盘揭露底岩最大厚度达2.4 m，如图1。

图1 8318 工作面过断层仰斜回采剖面示意图

（2）为了保证工作面安全快速过断层，降低采煤机过断层期间故障率，减少煤柱损失量，决定采用仰斜回采工艺。工作面从头部斜切进刀，采煤机割煤至56#支架时调整采煤机角度，以10°仰角进行回采，采煤机进入断层上盘后留顶煤、破底岩进行回采。

（3）由于工作面揭露的F5 断层落差为2.4 m，工作面上盘煤层出现上飘现象，导致仰斜回采过断层上盘时需破底岩。岩体主要以白砂岩为主，平均厚度为2.23 m，岩体单轴抗压强度达55 MPa，岩体强度超过了采煤机截齿切割强度（小于50 MPa），若采用采煤机强行破岩，截齿磨损严重，采煤机截割电机负荷加大，很容易造成截割部损坏，所以决定采用“松动爆破+采煤机破岩”联合回采工艺[1-5]。

（4）工作面回采至56#支架处停止采煤机割煤，对上盘底岩施工松动爆破孔。上盘底岩共计施工两排爆破孔，孔深为1.0 m，直径为42 mm，爆破孔间距为1.5 m，排距为1.0 m。

（5）松动爆破孔施工完后，对孔内依次填装一支矿用乳化炸药以及一支毫秒延期电雷管。单孔装药量为300 g，孔口采用水炮泥和炮泥进行封孔，每个炮孔内雷管脚线采用串联连接方式，每次允许爆破炮孔数量为5 个。工作面所有炮孔爆破完成后，采煤机采用上滚筒割顶煤、下滚筒扫底岩进行回采，依次类推直至工作面完全过断层。

3 仰斜回采期间顶板控制

3.1 仰斜回采期间存在技术难题

工作面仰斜回采过断层上盘时需留顶煤，留顶煤厚度在0～2.4 m，而8318 工作面回采煤层为14-3#层，煤层内夹杂多层矸石，破坏了煤体稳定的力学结构。工作面仰斜回采时，顶煤稳定性低，很容易出现冒落现象，不利于工作面安全回采。

在仰斜回采过程中，工作面采用分段移架方式，且采煤机切割深度控制在0.5 m 范围内，导致工作面回采后支架移架出现局部滞后现象，导致仰斜段顶板空顶时间长，易造成顶板破碎、冒落。

8318 工作面采用液压支架支护顶板，支护过程中液压支架顶梁对顶板产生较强的支撑作用力，而顶煤破碎，在支架支撑过程中支架顶梁对顶板产生反复破坏作用，从而加剧了顶板破碎程度。

3.2 仰斜段顶板联合控制技术

为了降低工作面仰斜回采期间顶板破碎现象，防止顶板垮落事故发生，决定对仰斜段顶板采取“深孔超前注浆+迈步式锚索吊棚”联合控制技术。

3.2.1 深孔超前注浆

（1）首先对仰斜段顶板施工一排注浆深孔，钻孔施工在54#～65#支架之间煤壁上。钻孔距顶板间距为1.0 m，钻孔直径为45 mm，钻孔深度为8.0 m，钻孔布置间距为3.0 m，布置仰角为30°。

（2）注浆钻孔施工完后，对钻孔内埋入注浆花管，并在孔口处采用封孔器封堵，注浆花管通过快速接头与专用注液枪连接，如图2。

图2 8318 工作面过断层顶板联合支护平面示意图

（3）采用ZBQ27/1.5 型双液注浆泵进行注浆施工，注浆液采用联邦加固1 号（双液）注浆材料，注浆液水灰比为0.8:1.0。该注浆液具有结石率高、渗透能力强、凝固速度快等优点。注浆施工时注浆压力为3～4.5 MPa 范围内。

3.2.2 迈步式锚索吊棚施工

（1）工作面仰斜段施工的锚索吊棚主要由锚索工字钢梁、锚索组成，锚索钢梁长度为3.5 m，宽度为0.12 m。为了避免工字钢梁对顶板产生切顶破坏作用，工字钢梁与顶板接触的一面焊接一块厚度为5 mm 钢板。每架吊棚配套两根锚索，锚索长度为5.3 m，直径为21.8 mm。

（2）锚索吊棚沿工作面倾向布置，每架锚索吊棚两根锚索施工在相邻两架支架之间，锚索吊棚施工在54#～65#支架前方顶板上，锚索吊棚施工间距为1.5 m，排距为1.0 m。为了保证相邻两排锚索吊棚联控作用，前后两排锚索吊棚采用迈步式布置。

4 结论

（1）截至2020 年11 月13 日，8318 工作面已回采过F5 断层影响区，通过对工作面过断层工艺的优化，减少了工作面采煤机破岩量，降低了采煤机过断层的故障率，未发生截割部电机烧毁、截割部断轴等事故，过断层期间回采速度保持在6.4 m/d。

（2）通过对工作面过断层期间仰斜段顶板采取联合控制技术后，解决了因顶煤稳定性差，仰斜回采时出现顶煤垮落、破碎、支架初撑力及工作阻力不足等技术难题，提高顶板稳定性，保证了工作面安全回采。