8102综采工作面安全过断层技术应用

时间：2024-07-28

王燕飞

（大同煤矿集团北辛窑煤业有限公司，山西忻州 036702）

1 概述

大同煤矿集团北辛窑煤矿8102工作面位于11采区，工作面设计走向长度为854m，倾向长度为161m，工作面回采煤层为2#煤层，平均厚度为5.92m，煤层顶板主要以砂质泥岩及中粗粒砂岩为主，工作面采用综合机械化放顶煤回采工艺。

8102工作面地质条件复杂，工作面回采期间共计揭露11条断层，多以正断层为主，断层平均落差为1.2m，平均倾角为52°。工作面回采至670m处揭露F5正断层，断层落差为2.4m，倾角为55°，内摩擦角为 22°，内聚力为 1.54MPa。受构造应力影响，在揭露F5断层前后15m范围内顶板来压显现，导致工作面89#～112#之间顶板出现冒落现象，煤壁片帮严重，最大片帮距达2.4m。工作面回采至655m处时回采速度降低，支架移架困难，支架初撑力、工作阻力不足，出现两次倒架现象。为了保证工作面安全快速过F5断层，决定对工作面回采方法进行合理调整，并对煤壁片帮严重区域以及冒落顶板采取有效维护措施。

2 采煤施工优化

（1）降低采煤机回采速率。8102工作面采用型号为SL300采煤机采煤，工作面在过断层前采煤机平均割煤速率为14m/min。为了防止工作面过断层应力区时采煤机割煤深度大，加剧断层应力区煤壁及顶板松散围岩的不稳定状态，决定在工作面过断层应力区截割深度降低至0.5m，回采速率降低至5～8m/min。

（2）提高支架初撑力。通过对应力区顶板观察发现，工作面在集中应力作用下，顶板受压加大。为了提高应力集中区顶板支护效果，将液压支架工作阻力由原来6400kN提高至8100kN，保证支架供液压力不低于30MPa。

（3）工作面伪斜调整。由于F5断层从8102工作面回风顺槽预先揭露，且与工作面成8°夹角贯穿工作面，若工作面直接过断层，采煤机破岩量较大，回采效率较低，而且很容易造成机械设备损坏，所以决定在工作面过断层前及时对工作面进行伪斜调整，保证工作面与断层面平行，减少工作面过断层时的破岩量。

3 工作面顶板、煤壁控制措施

3.1 煤壁注浆加固

（1）采用ZQS-50/2.6S型气动手持式钻机进行钻孔施工，钻孔施工在工作面煤壁上，距顶板间距为1.2m。

（2）钻孔直径为43mm，深度为5.0m，钻孔间距为3.0m，钻孔以30°仰角布置，钻孔终孔位置位于顶板岩体内。

（3）注浆钻孔施工完成后，依次对钻孔内埋入直径为20mm注浆软管。软管埋入钻孔内深度为3.0m，注浆软管安装后对钻孔采用膨胀水泥进行封孔处理，封孔长度不得低于0.3m。

（4）将注浆管外露端与2ZBQ24/10型双桶注浆泵进行连接，然后将A桶马丽散与B桶催化剂（马丽散与催化剂配比为1:1）分别与注浆泵连接，最后将注浆泵采用25#胶管与巷道内静压风管连接进行注浆施工。如图1所示。

（5）注浆时采用“由里向外、由低压向高压”的注浆原则，注浆压力控制在0～1.2MPa，单孔注浆时间不得低于15min。在注浆过程中发现煤体有浆液渗出或邻孔出现串液现象时，立即停止注浆。

图1 2ZBQ24/10型双桶注浆泵注浆示意图

3.2 锚棚假顶施工

（1）工作面回采过程中当顶板出现冒落时，及时在冒落区边缘施工锚索吊棚，与支架顶梁平行布置。锚索吊棚由一根长度为3.5m、宽度为0.5m圆钢梯形梁以及两根长度为5.0m、直径为17.8mm锚索组成。

（2）为了防止移架时对锚棚假顶稳定性造成影响，每架锚索吊棚两个锚索施工在相邻两架支架之间，锚索间距为1.75m(架宽），锚索与梯形梁之间采用长度为0.25m“JW”型钢带以及锁具进行预紧，锚索吊棚间距为1.5m，吊棚平面与工作面设计顶板平面一致。

（3）所有锚索吊棚施工完后，在锚索吊棚上方依次铺设风筒布、经纬网，然后依次铺设道木，道木长度为1.5m，上下两层道木“十字”交叉布置。道木铺设完成后保证与顶板接触严实，并再一次对锚索吊棚进行预紧。如图2所示。

（4）人工假顶施工完后，为了保证假顶与冒落区顶板完全胶结，采用注浆泵向假顶间隙高压注入罗克休膨胀剂，注浆压力为1.5MPa。注浆后保证膨胀剂对假顶间隙完全填充，注浆3h后工作面方可移架。

图2 8102工作面端面冒落区锚棚假顶施工剖面图

3.3 实际应用效果

截至2019年2月17日，8102工作面已完全过F5断层应力区，工作面过断层时间为35d。通过对工作面煤壁及顶板采取注浆加固技术后，煤壁片帮现象得到有效控制，最大片帮深度降低至0.5m以下，提高了煤体稳定性，单轴抗压强度提高至54MPa，降低了超前应力对煤柱破坏作用。对冒落区施工锚棚假顶后，解决了冒落区围岩控制难度大、有害气体积聚等技术难题，保证了支架工作阻力，防止支架移架时出现倒架、倾架等事故。