综采工作面安全高效过断层回采工艺研究

张家磊

（潞安化工集团漳村煤矿， 山西 长治 046000）

1 8318 工作面概况

潞安化工集团某矿的8318 工作面位于井田的西侧，该工作面的东、南、西、北分别是14-3 号层的303盘区西边的机轨与回风巷的合巷、西侧的石门、14-3号实煤区、14-3 号实煤区。在8318 工作面中，其设计的倾向与走向长分别是150 m、495 m。14-3 号层是其回采层，该煤层的厚度与倾角的平均值是4.01 m、2°，并且煤层结构复杂，其煤体的变异系数是38.43%。表1 为8318 工作面顶底板岩层情况表。

表1 8318 工作面顶底板岩层情况

在8318 工作面一直回采到240 m 的位置时，F5正断层就会被煤壁揭露出来，并且煤壁所在的位置是56 号支架最前方，并且断层会有2.4 m 的落差，其倾角是60°，工作面回采会被断层影响54 m。

2 优化过断层的回采工艺

1）在8318 工作面把F5 断层揭露之后，通过在现场的观察得知，F5 断层的揭露会自56 号支架一直延伸至头部，而且会有运输顺槽把工作面进行了贯穿，并且运输顺槽距离工作面有54 m，而且断层和工作面所成的夹角是48°，断层的下盘位于56 号支架与头部同向，并且底岩会被断层上盘所揭露出来，揭露的厚度最大是2.4 m，图1 为其剖面示意图。

图1 8318 工作面过断层仰斜回采剖面示意图

2）由于要确保工作面过断层的速度与安全性，使采煤机在过断层时发生故障概率下降，使煤柱产生的损失量下降，所以仰斜回采工艺被应用。在工作面中，其斜切着自头部进刀，当采煤机在割煤到56 号支架过程中，就要对采煤机的角度进行调整，在回采时，所前进的仰角是10°，当采煤机在进到断层上盘之后，就要回采破底岩与顶煤。

3）因为工作面F5 断层被揭露，就会有落差产生，其落差是2.4 m，当其上盘煤层有上飘状况出现时，过断层的上盘进行仰斜回采，所需要的就是破底岩。在岩体中，最主要的就是白砂岩，其平均厚度是2.23 m，并且岩体所承受的单轴抗压强度最大是55 MPa，此时，采煤机截齿所具有的切割强度小于岩体强度，如果岩体被采煤机所破，那么截齿就会有比较严重的磨损，其截割机就会有比较大的负荷，极易导致截割部发生损坏，因此，采用“采煤机破岩+松动爆破”联合回采工艺[1]。

4）当工作面回采到56 号支架的位置时，采煤机停止割煤，把松动爆破孔施工到上盘的底岩。在上盘底岩中，爆破孔的施工一共是2 排，其孔深、直径、排距及间距分别是1.0 m、42 mm、42 mm 及1.5 m。

5）在施工结束松动爆破孔之后，按顺序把矿用乳化炸药与毫秒延期电雷管填装到孔中。而且单孔所装的药量是300 g，在对封孔口时，会使用炮泥与水炮泥，雷管脚线串联在炮孔中，炮孔1 次可以爆破5 个。在把工作面中全部炮孔都爆破之后，下滚筒对底岩进行打扫与上滚筒对顶煤进行割煤被采煤机用于回采，并按顺序类推，一直到工作面从过断层中全部通过。

3 仰斜回采期间对顶板的控制

3.1 仰斜回采期间所发生的技术难题

在工作面对过断层上盘进行仰斜回采时，会需要留顶煤，其厚度是0～2.4 m，可是在该工作面中，14-3号层是其回采煤层，在煤层中，有多层的岩石夹杂在其中，破坏了煤体力学结构。在对工作面进行仰斜回采的过程中，顶煤几乎不具有稳定性，极易有冒落状况出现，这样会影响工作面回采的安全性。

当仰斜回采时，分段移架被用于工作面中，而且，要控制采煤机所切割的深度，其深度要小于0.5 m，这就造成工作面在回采之后移出支架就会有滞后状况出现在部分区域中，就造成有较长时间的空顶出现在仰斜段的顶板中，极易导致冒落、破碎出现在顶板中。

在8318 工作面中，对顶板进行支护的是液压支架，在支护时，顶板会承受来自液压支架顶梁所带来的支撑力，就会使顶煤发生破碎，当支架在支撑时，顶板由于支架顶梁的多次作用，就会使顶板更加破碎[2]。

3.2 仰斜段顶板联合控制技术的基本原理

为了避免仰斜回采时有破碎出现在顶板，以及有跨落出现在顶板中，将联合控制技术使用到仰斜段顶板中，并且联合控制技术为“迈步式的锚索吊棚+深孔超前注浆”。

3.2.1 深孔超前注浆施工

1）注浆深孔施工技术应用到仰斜段的顶板中，并且注浆深孔是一排，当支架54～65 号之间的煤壁中进行钻孔施工时。顶板与钻孔的间距是1.0 m，并且钻孔的深度、直径分别是8.0 m、45 mm，所布置的钻孔的距离是3.0 m，所布置的仰角是30°。

2）在结束注浆钻孔之后，就把注浆花管埋到钻孔中，而且封孔器会把孔口封堵，专用注液枪与快速接头会把注浆花管连接起来，图2 为联合支护平面示意图。

图2 8318 工作面过断层顶板联合支护平面示意图（单位：mm）

3）ZBQ27/1.5 型双液注浆泵被用于注浆施工，注浆材料中的联邦加固1 号被注浆液所使用，并且注浆液与水灰的比是0.8：1.0。并且注浆液所具有的优点是较快的凝固速度、较强的渗透能力、较高的结石率。在注浆施工的过程中，其注浆压力要控制在3～4.5 MPa。

3.2.2 迈步式锚索吊棚

1）在工作面仰斜段对锚索吊棚的施工主要包括锚索、锚索工字钢梁，其中锚索钢梁的宽度与长度分别是0.12 m 与3.5 m。由于要防止顶板所承受工字钢梁所带来的切顶破坏，把钢板焊接到顶板和工字钢梁的接触面，并且钢板的厚度是5 mm。吊棚与锚索的比例是1：2，其锚索的直径与长度分别是21.8 mm、5.3 m。

2）在布置锚索吊棚时，其方向要和工作面的倾向相同，在相邻支架中间施工着锚索与锚索吊棚，并且锚索的数量是2 根，支架54～65 号前面的顶板顶部施工着锚索吊棚，在对锚索吊棚进行施工时，其排距与间距分别是1.0 m、1.5 m。由于要确保相邻锚索吊棚所具有的联控作用，就布置迈步式到锚索吊棚中，并且是在前排与后排[3]。

4 结论

1）截至 2021 年 11 月份，8318 工作面对 F5 断层所产生影响的范围已回采，经过优化其过断层工艺，工作面中采煤机所产生的破岩量以及采煤机过断层所发生故障率下降，截割部不会发生断轴、烧毁电机等事故，在过断层时，回采速度保持在6.5 m/d。

2）仰斜段顶板采取联合控制技术用于工作面的过断层，解决了由于顶煤稳定性极差，导致仰斜回采过程中有破碎、跨落出现在顶煤、缺少工作阻力及支架初撑力等问题，使顶煤更加稳定，确保工作面回采的安全性。