断层发育回采工作面安全撤除技术研究及应用实践

沈中华

（兖煤菏泽能化有限公司赵楼煤矿，山东 菏泽 274900）

1 工程概况

赵楼煤矿煤层埋深大，褶皱和断层构造较发育。5304 综放工作面掘进过程中共揭露断层12 条。回采过程中，断层造成工作面顶板管理困难。末采期间，运输顺槽揭露的Fd47 正断层，落差20.5 m，轨道顺槽揭露的F5303 正断层，落差1.8 m。停采线位置受断层影响，矿压显现明显、顶板破碎，工作面内及两顺槽煤壁裂隙发育，工作面内片帮、顺槽两帮收缩，给工作面回撤造成较大影响。

2 工作面区域全场锚固加固

2.1 加固破碎顶板及煤壁

（1）加固方法。受构造影响，工作面两顺槽超前段顶板比较破碎，煤壁塑性破坏，部分主动支护失效，通过注浆对破碎顶板及煤壁进行加固，浆液注射进煤岩层后通过微细裂缝渗透、膨胀凝固、黏合加固，增大煤壁及顶板的完整性，在加固原有支护的基础上，保证二次支护效果。

（2）注浆参数。5304 工作面停采线以外50 m范围内，每5 m 布置一组注浆孔，每组7 个注浆孔，顶板3 个，两侧帮部各2 个。其中顶板巷中布置一个钻孔，巷道中心线左右各偏2 m 分别布置一个钻孔，钻孔与巷道顶板呈45°夹角斜向上，孔深4 m。帮部底板以上1 m 布置一个，向上1 m 位置布置第二个孔，孔深6 m，垂直于煤壁，布孔位置选择时可根据现场条件进行调整。

（3）注浆工艺。打眼—埋设注浆—安装封口器—用高压胶管连接注射枪和注浆泵—将两根管插入装有浆液容器内—开泵注浆—冲洗机具—停泵—拆卸注射枪。注液加固系统设备及工艺图如图1。

图1 注液加固系统设备及工艺图

2.2 加强主动支护

（1）工作面内顶板支护。割完倒数第二刀时，在护帮板中间位置架间垂直顶板施工一排Φ20 mm×2500 mm/KMG500 左旋无纵筋全螺纹锚杆，间距1.75 m。工作面机窝处空顶较多，顶部按间距0.8 m 加打一排锚杆。割完最后一刀，在肩窝处按照与水平呈75º夹角斜向上施工一排Φ20 mm×2500 mm/KMG500 左旋无纵筋全螺纹锚杆，间距1.75 m。顶板及肩窝锚杆均使用1 根CK2370 型和1 根CKb2350 型锚固剂，锚杆托盘压紧网子和煤壁，预紧力不小于300 N·m，锚杆外露10～50 mm，用单体液压支柱配合半圆木顶紧肩窝柔性网，并起临时支护作用。

（2）工作面内煤壁支护。煤壁布置三排Φ20 mm×2000 mm/KMG500 左旋无纵筋全螺纹锚杆，水平施工，锚杆间距1.1 m，排距1.75 m。三排锚杆矩形布置，其中每排顶部锚杆距顶板不超过0.8 m，下部锚杆距底板不超过0.5 m。施工过程中可根据现场采高情况适当增加锚杆排数，工作面施工完煤壁锚杆后，在上部锚杆上方施工一排锚索钢带，锚索居支架中心位置垂直煤壁施工。T 型钢带参数：长×宽×厚=2000 mm×140 mm×10 mm，钢带为2 孔，孔间距1.75 m。每根钢带配2 根Φ22 mm×3500 mm 高强度低松弛预应力钢绞线及配套锁具进行支护。工作面煤壁支护示意图如图2。

图2 工作面煤壁支护示意图（mm）

（3）两端头支护。两端头10 组支架范围内，除正常施工锚杆支护外，在顶板以下1.8～2.0 m 处再施工一排倾向锚索钢带加固煤帮，锚索间距1.7 m。割最后一刀煤时，沿走向在2～5#、113～116#架每架上1 根3.3 m 长12#矿用工字钢，1#、117#架上4.8 m 长12#矿用工字钢2 根，并在工字钢头上支设1棵单体液压支柱，或靠煤壁肩窝距工字钢头不小于300 mm 处施工锚索钢带梁托住工字钢，钢带收尾孔使用1 根锚索，每根钢带不少于3 根锚索。为便于设备外运时调向，在工作面两端头三角区分别施工一个不小于3.0 m×3.0 m 的抹角。抹角人工使用风镐施工，每施工1.0 m 的距离后及时施工顶板锚杆，锚杆使用Φ25 mm×2500 mm/KMG500 左旋无纵筋全螺纹锚杆，间排距1.0 m×1.0 m。抹角完毕后，施工顶帮锚杆，并在机头、机尾5 组液压支架内伸缩梁前头沿倾向方向打一路锚索钢带加强对端头三角点顶板维护。工作面端头及两顺槽顶板加强支护如图3。

图3 工作面端头及两顺槽顶板加强支护

（4）两顺槽支护。工作面两顺槽停采线以外前30 m 范围内，顶板施工倾向锚索工字钢棚，排距0.8 m，锚索采用Φ22 mm×6200 mm，一根工字钢施工三根锚索，沿工字钢轴向均匀布置。帮部在原有支护的基础上，施工Φ22 mm×4500 mm 锚索，锚索间排距1.2 m×1.0 m。

3 优化工艺

3.1 末采期间回采工艺

因工作面两巷落差较大，正常回采期间，为控制刮板输送机上窜下滑，调整两端头进尺，轨顺进尺超前运顺30 m，末采期间需要提前进行调面，因停采线邻近断层，调面时除防止刮板输送机的上窜下滑还要考虑与断层面夹角，尽可能增大夹角度数[1]，防止大面积冒顶。轨道顺槽侧距离停采线50 m处开始进行调面生产，调面过程中除考虑两端进尺及落差外，将Fd47 断层与工作面夹角作为调面的主要考量参数。Fd47 正断层邻近工作面运输顺槽，且运输顺槽侧滞后，需快速增大运输顺槽侧进尺，在迅速找齐工作面两端进尺的同时，增大工作面与Fd47 断层的夹角，同时为了控制刮板输送机下滑，尽可能减小动作刮板输送机所占比例。基于以上考虑，采用虚中心扇形开采的方法[2]，即采煤机割通运顺侧端头后，端头斜切进刀至20#架，割通后，斜切进刀至40#架，再次割通后，斜切进刀至60#号架，割通后，返机割通刀，以此为一个循环，即一头三尾。相较于传统按比例调面工艺，在快速找齐两端进尺的同时，在一个循环内，尽可能减小动作刮板输送机所占比例，防止刮板输送机上窜下滑，同时增大工作面与断层夹角，防止顶板大面积冒落。最终在邻近停采线20 m时，工作面与停采线调平行。

3.2 优化撤除工艺

工作面停采线位置矿压显现明显，顶板破碎，为防止回撤期间工作面及两顺槽顶板破碎影响回撤，优化了传统回撤工艺。

（1）优化设备回采顺序。工作面传统回采顺序是由外向里回撤[3]，即先回撤工作面外围设备如电站、泵站、带式输送机、两顺槽顺槽支架，然后回撤工作面内设备。考虑回撤期间两顺槽及工作面顶板维护问题，故将工作面乳化液泵站、两顺槽顺槽支架最后回撤。工作面回撤前施工泵站硐室，留一泵一箱，放置至泵站硐室。顺槽支架紧贴顺槽两侧帮部，与施工的倾向锚索工字钢棚配合，形成锚索工字钢棚加顺槽支架联合支护的支护形式，保证回撤期间两顺槽支护强度，待工作面所有设备回撤完毕后，最后回撤顺槽支架。

（2）合理撤除液压支架。液压支架撤除采用“后退式全断面掩护支架法”进行[4]，即每撤除一个支架前移一次掩护支架，保证工作空间始终在液压支架的有效支撑空间内，按照抽撤正常架→填安掩护支架→调正掩护架的形式，形成两套掩护支架。拉移掩护架期间，在架顶及时上工字钢，钢梁露头端支设单体，升实掩护架后回撤掩护支架后的单体、工字钢，转入下一组支架的回撤循环。通过以上方法依次回撤工作面内的其余支架。每回撤一个支架后及时拉移掩护架。拉移掩护架时，先拉老空侧或中间侧掩护架，再拉煤壁侧掩护架。掩护架拉移到位后，拆除架间管路，接通临时供液管路，给支架供液。降架观察顶板无破网、漏顶现象时，继续降架。若有破网及时修补，若支架上方有易滚落的前探工字钢，则可先将该组支架与邻架的护帮板收回，在前探工字钢下架设道木或半圆木，再把邻架护帮板打出并将之前所上道木或半圆木拖住，以免降待撤支架时架顶工字钢滚落。待撤支架拐头调出后及时在半圆木（道木）所拖工字钢下方支打临时点柱支护顶板并连好防倒绳，待煤壁侧掩护架拉完后升架时要密切观察点柱，防止倒柱并根据需要及时补压。

4 结论

对断层构造影响区域顶板及煤壁进行注浆加固，确保原有支护的支护效果，配合工作面顶板、帮部、两端头等重点区域的二次高强度支护，实现回撤前全场锚固的效果；采用优化回撤工艺，尽可能保留原有工作面及巷道被动支护。通过以上措施的实施，断层构造顶板破碎区域两帮收敛得到有效控制，漏顶、片帮得到有效防治，工作面得到安全快速回撤。