综采工作面过地质构造破碎带技术研究

杨阔晨

（汾西矿业宜兴煤业有限责任公司，山西 孝义 032300）

综采是现阶段矿井最为普遍开采工艺，具有机械化程度高、劳动强度低以及安全系数高等优点，作业人员处于液压支架保护环境下工作[1-2]。但是当综采工作面回采遇地质构造时，掘进范围内围岩破碎，存在顶板冒落或者煤壁片帮等安全风险，从而给综采工作面回采安全带来一定影响[3-5]。矿井回采时常见构成类型包括断层、褶曲以及陷落柱等，若采用跳采法即重新开掘切眼方式过地质构造则存在煤炭资源浪费、经济效益不佳等问题，因此对于落差不大的断层或者影响范围较小的陷落柱一般采用平推直过方法[6-7]。文中就以山西某矿11201 综采工作面回采过DF19断层破碎带为工程实例，对采面过断层技术以及采用的安全措施进行分析，以期为其他矿井类似采面过断层提供经验参考。

1 工程概况

某矿11201 综采工作面埋深平均380 m，采面设计走向推进长度890 m、倾向长度226 m，开采11 号煤层，煤层厚度平均4.2 m、倾角平均5°。11 号煤层顶底板岩性以粉砂岩、砂质泥岩为主，具体11 号煤层顶底板岩性参数见表1 所示。根据回采巷道揭露地层情况以及瓦斯抽采钻孔探测情况预测，11201 综采工作面在回采过程中会揭露F18、F19，其中F19 断层对采面回采影响明显，具体采面开采的11 号煤层与断层位置关系见图1 所示。在F19 断层破碎带内煤岩体裂隙发育，为此，文中对采面过F19 断层以及破碎带围岩控制技术展开分析。

表1 11 号煤层顶底板岩性

图1 11 号煤层及断层地质剖面图

2 综采工作面过F19 断层技术

2.1 采面回采高度的调整

11201 综采工作面具有开采高度大特点，顶板控制难度相对较高，特别是采面回采推进至断层破碎带时，如何确保顶板稳定并减少采煤机矸石截割量是重要重点考虑的问题。为此，提出在采面与F19 断层相距一定距离时即开始调整开采角度，考虑到采面内液压支架、采煤机以及刮板输送机稳定性，设计起坡角度应控制在13°以内，具体采面开始起坡位置可通过下述公式计算：

式中：β 为采面起坡角，（°）；α 为开采的11 号煤层倾角，（°）；H 为揭露的F19 断层落差，m；L 起坡点与断层距离，m。

根据11201 综采工作面以及揭露的F19 断层参数，确定合理的起坡距离为20 m。在采面回采至F19断层附近时，液压支架在构造应力作用下会有所增加，甚至部分液压支架安全阀开启。为避免顶板位置矸石冒落甚至液压支架出现压架问题，在采面回采推进至F19 断层破碎带期间将回采高度降低至3.5 m，具体见图2 所示。同时采用支柱穿鞋、连锁棚、布置带帽戗柱等方式强化顶板岩层控制；适当减少液压支架水平支护力，将最大水平支护力降低至500 kN，从而降低支架倾倒风险。

2.2 破碎带注浆加固

在11201 综采工作面过F19 断层破碎带期间，为提高破碎带内煤岩体强度并形成一个完整的、具有一定承载能力的结构，提出采用超前注浆方式对破碎带进行加固。注浆孔沿着采面倾斜方向均匀布置，注浆孔间隔距离设计为3 m、孔深设计为10 m、仰角15°，钻孔开孔布置在顶板下方2.5 m 处，具体布置见图2所示。

图2 采面调整采高及注浆钻孔布置示意图

注浆选择水泥-水玻璃双液浆，水泥浆水灰质量比设计为0.6∶1.0，添加的水玻璃模数为2.8～3.2、浓度48～55°Bé。具体在过F19 断层破碎带期间注浆流程见图3 所示。

图3 注浆工艺流程

注浆钻孔封孔深度初步设计为0.8 m，具体封孔深度可根据现场条件调整。注浆压力过大或导致围岩产生新的裂隙、压力过小则注浆时间过长、注浆量过小，本次注浆根据工程类比法确定，设计为6～8 MPa。钻孔注浆时若长时间内不升压，则注浆采用间歇方式，间歇时间应小于注浆材料初凝时间。注浆结束标准为注浆达到设计压力、注浆口漏浆严重或者采面煤壁浆液出现外渗。

2.3 顶板管理措施

在11201 综采工作面过断层破碎带期间，为避免顶板冒落以及煤壁片帮等问题发生，应严格控制采面液压支架支撑性能，确保支架顶梁与顶板密切接触，采煤机割煤完成后及时伸出护帮板给煤壁一定的水平支护力。液压支架前移过程中应尽量采用带压移架，若现场带压移架存在困难时则应尽量减少支架沉降量并通过快速移动、快速升架对顶板进行支撑。

3 采面过断层破碎带效果分析

11201 综采工作面采用文中所述过断层以及破碎带围岩加固措施后，采面过断层效率以及安全系数均得以提升。相对于传统的过断层技术方法，文中所提方案可减少断层时间约5 d，同时采面在过断层破碎带期间顶板、巷帮始终保持稳定，未出现顶板、液压支架失稳，煤壁片帮等情况。现场应用实践表明，文中所提采面过断层技术具有较强的适应性，可满足采面过断层破碎带围岩控制需求，并可为采面高效回采创造良好条件。

4 结论

以某矿11201 综采工作面过F19 断层破碎带为工程背景，根据采面与断层位置关系、采面开采情况，提出采用仰斜开采方式过F19 断层，并通过调整采高、破碎带煤岩体注浆等方式降低采面过断层期间矿压显现强度以及围岩控制难度。现场应用后，某矿11201 综采工作面得以安全快速通过F19 断层，期间采面未出现顶板冒落、液压支架失稳以及煤壁片帮等问题。