31017 工作面过断层技术应用研究

郭 鹏

（晋能控股集团铁峰煤业有限公司，山西 朔州 037200）

1 工程概况

1.1 断层情况

K14 断层位于31017 工作面自回采里程190 m延伸至回采里程270 m 处，影响范围约80 m，根据消突钻孔数据显示该断层自31017 回风顺槽向工作面延伸，长度约40.5 m，最大落差4 m，对工作面的回采有较大的影响。（不排除因钻孔误差，导致预测结果不准确，不排除断层贯通工作面可能）。其具体情况，如表1 和图1 所示。

图1 31017 回风顺槽K14 断层段巷道揭露剖面图

表1 工作面揭露断层情况表

1.2 工作面煤层及顶底板情况

31017 工作面煤层及顶底板情况，如表2 和表3所示。

表2 工作面煤层情况汇总表

2 31017 工作面过断层方法

由于断层落差为4 m，小于采高且31017 工作面受断层影响的区域内顶底板岩性相同，都为泥质粉砂岩，水平层理，岩石完整度高，因此31017 工作面在过此断层期间可以通过采煤机直接破岩的方式进行推进[1-2]。

2.1 加强超前支护

在回采里程190～270 m 段，利用顶板支护锚索架设工字钢梁，接顶处使用半圆木背紧，张拉锚索贴顶，单体柱打设于工字钢下方，采用以上方式对31017 回风顺槽顶板超前支护段顶板进行加强支护，确保顶板安全。

2.2 造假顶过渡

在31017 回风顺槽190～200 m 处煤壁侧肩窝顶板漏空，利用原有巷道内锚索支护外露段套短节锚索，并连接固定工字钢梁形成锚索吊梁，自吊梁至顶部逐层十字交叉搭设木垛，接顶处使用木楔背紧背实，确保接顶严实后，张拉锚索进行紧固，形成假顶，假顶高度与工作面顶板形成缓台阶状，确保工作面支架可以接顶平稳向下过渡。当该段进入超前支护段后，将单体柱打设在工字钢吊梁下方，形成工字钢抬棚，对超前支护段进行支护，对支设单体液压支柱挂防倒绳，拴软连接防倒绳整体固定，进行二次防倒。其示意图，如图2 所示。

图2 锚索吊梁假顶示意图

2.3 局部爆破破岩

因断层局部段顶板岩性较硬，厚度达2.5 m，采煤机截齿及齿套损坏严重，严重影响回采进度，为保证设备完好及推进速度，采用人工打眼、放松动炮进行破岩，采煤机截割通过的方式进行回采。

在距顶板0.5 m 打眼（于支架护帮板中心位置），双排眼布置，眼距1.5 m，排距0.8 m，每炮眼孔深1.5 m，装药量600 g；根据矸石分布范围情况布置炮眼数量。

松动时采用YT-28 气腿式凿岩机打眼，1.5 m 长六棱中空钎杆，Φ42 mm 型钻头，风管、水管等。炸药采用安全等级三级的乳化炸药，其直径为Φ27 mm×300 mm，质量为300 g，毫秒延期电雷管引爆，MFB-200型起爆器起爆。

3 过断层安全技术措施

3.1 支架与设备管理措施

1）在断层影响的范围内，煤层厚度降低，为了能够顺利通过，必须对采煤机采高调整，进行调整，确保工作面采高维持在4.2～4.5 m 的范围内；

2）支架必须接顶严实，伸缩梁上方空顶高度超过300 mm 时，必须用圆木背实，防止漏顶事故发生；如果顶板破碎掉顶，必须及时在支架顶上背木料接顶；掉顶严重时，必须在该段工作面支架顶梁上铺单层木背板护顶，必要时打设钢针+半圆木背顶接严。背顶时作业人员站在所掉顶支架的上行方向作业。顶板破损极严重，造成顶板冒落较高时，需对冒落区域补设锚网索支护对顶板进行加固，随后采取架设木垛方式过断层[3-5]。

3）必须严格执行追机移架和带压擦顶移架，少降快拉，支架移到位升起后必须持续供液3～5 s，确保支架对顶板的支撑要求达到额定初撑力，减少顶板下沉量。在顶板压力大，带压移架有困难时必须打单体柱辅助移架，单体柱必须用防倒绳系牢在支架上，同时单体柱不得打在刮板输送机上。在拉架时保证断层区域液压支架根据断层走势顶梁呈阶梯状下降，侧护板高低差不得超过整个侧护板的2/3，防止挤架咬架。

4）在回采过程中要按照实际情形，逐步调整采煤机卧底量，保证工作面顶底板的平整度。过构造带后，工作面刮板及支架整体呈7°俯采方式缓慢进入断层上盘，当支架能够顺利接顶，随后恢复原有煤层坡度，沿煤层顶板回采，

5）断层处会造成局部围岩强度降低，承受能力减弱，很容易发生片帮顶板掉落等现象，在构造影响段和顶板破碎段采煤机司机要根据移架速度控制好采煤机速度，必要时可停机等待拉架，支架工需及时护帮护顶，减少控顶距及空顶时间。

3.2 顶板安全管理措施

在工作面断层揭露前10 m，如遇顶板破碎或者片帮严重时，可以采取在回采侧巷帮或者工作面煤壁提前加注玛丽散，用来固化顶板和煤壁，增加其强度，以此预防大面积漏顶和片帮，从而极大减小了断层对顶板及煤帮的影响；加强上、下出口的维护，发现断梁折柱、失效支柱，及时更换，保证上下出口安全畅通。工作面过断层期间工作面及安全出口应保持畅通无阻，上下安全出口高度不低于1.8 m，宽度不小0.8 m[6-8]。

3.3 防灾害技术管理措施

加强过断层期间监测监控，如果发生大范围压力突然升高的情况，必须立即停止作业，提升支护强度；过断层期间需加强对假顶肩窝处的瓦斯浓度以及断层带的工作面瓦斯浓度检测，局部高冒区瓦斯浓度较高时需及时使用高压风管机风帘等措施稀释瓦斯浓度，发现任何威胁征兆时，必须立即停止作业[9-10]。

4 煤质管理

4.1 含矸率控制

加强工作面回采期间的顶板控制，支架初撑力达到要求，防止冒顶溜矸，尽量减少矸石来源；工作面拉架时采用及时移架方式，漏顶严重时采用超前支护方式，防止顶板掉渣；及移架推溜要及时，支架要接顶严密，防止架前漏矸，加强顶板管理；做好采空区的管理工作，避免矸石的混入。

4.2 杂物控制

回采过程中，必须将杂物（网片、背板、木料、棉纱、塑料袋、旧胶管、油桶、绳皮等）清理干净，材料、设备及时整理回收，绝不能进入运煤系统；检修中剩余的各种物品也必须统一整理和回收，绝不能进入运煤系统中；做好检查工作，如果在刮板和皮带上发现大块矸石和杂物要及时停止设备，进行清理，清理干净后方可运行；井下要保证足够数量的的垃圾箱，井下人员要把残留下的垃圾统一放到垃圾箱并定期进行清理，不得随意丢弃至运煤系统中。

5 应用效果分析

在采用以上方法后，通过受过断层影响区域耗时25 天，极大的提高了通过时间，而且过在过断层回采期间，未出现支架倾倒、顶板冒落等大的安全问题，仅在局部范围内煤壁出现小范围片帮（片帮深度在0.3 m以内），这说明效果良好。

6 结语

超前支护段对顶板进行加强支护，可以很好的改善围岩状况，有效减少了顶板破碎和煤壁片帮的可能性；造假顶侯假顶高度可以高度与工作面顶板形成缓台阶状，确保工作面支架可以接顶平稳向下过渡；局部爆破破岩确保了设备完好及推进速度；煤质管理从源头上降低了矸石和杂物的含有率，保证了煤炭的纯度。通过以上方法和措施，工作面安全、顺利的通过了断层，为矿井类似情况提供了参考。