8119综采工作面过断层回采工艺应用

陈泽罡

（晋能控股煤业集团白洞矿业公司，山西 大同 037031）

断层侵入回采煤层后造成断层两盘煤体出现空间上位移，工作面在过断层期间若不采取合理有效的回采工艺，不仅增加了工作面破岩量，降低煤炭回采率，而且会增加设备故障率，降低工作面回采效率。同时，受断层影响，断层带附近煤体稳定性差、破碎严重，工作面过断层时如不对顶板采取合理有效的控制技术，很容易出现支架压死、端面顶板垮落事故，威胁工作面安全高效回采。本文以白洞矿8119工作面为研究对象，对工作面过F7断层提出了仰斜上山回采工艺，并对其顶板采取联合控制技术[1-5]，确保工作面安全快速过断层带。

1 概述

晋能控股煤业集团白洞矿业公司8119工作面位于C5#煤层301盘区南部右翼，工作面南部为实煤区，东部为本盘区回风、材料、皮带巷，西部靠近矿界煤柱与塔山井田相邻。2119巷南部为实煤区，5119巷北部与301盘区西部8105、8107面采空区相邻，煤柱宽度为8 m。

8119工作面走向长度为1724 m，倾向长度为121 m。工作面回采的石炭系5#煤层，平均厚度为7.95 m，平均倾角为3°。煤层基本为一单斜构造，走向近于 E-W，向北倾斜。煤层普遍有3～8层夹石，夹石厚一般为0.10～0.30 m，局部达到0.70 m，夹石断断续续，不稳定。煤层顶底板岩性见表1。

表1 8119工作面5#煤层顶底板岩性汇总表

8119工作面采用综合机械化低位放顶煤回采工艺，采煤高度为3.2 m，放煤高度为4.65 m。截至2021年4月19日工作面已回采450 m，工作面回采至436 m处时，位于工作面中部（42#～87#支架之间）煤壁揭露F7断层，断层落差为2.1 m，倾角为44°。断层面位于42#～45#支架前方，其中42#～87#支架前方煤壁为断层上盘，出现大面积岩体，以灰白色粉砂岩为主。通过在45#、55#、65#、75#支架前方煤壁施工长度为70 m探孔发现，F7断层对工作面回采影响长度为54 m。

2 工作面回采现状及回采工艺优化

2.1 工作面回采现状

8119工作面揭露F7断层后的初期，采用强行破岩法回采工艺，在1#～42#支架前方煤壁采煤机斜切进刀后前滚筒割煤、后滚筒扫底煤进行回采，当采煤机推进至42#支架时，采用前后滚筒交替往返割煤工艺，即前滚筒破岩深度为0.4 m，后滚筒二次破岩。破岩后采煤机退后至42#支架处进行出煤矸，往返割煤直至破岩深度达0.8 m为一个循环。

8119工作面采用强行破岩法过断层时，采煤机破岩量大，通过实际计算，工作面强行破岩时破岩量达2450 m3，煤柱损失量达0.89万t，不仅降低了工作面经济效益，而且导致采空区内遗煤量大，很容易造成采空区煤层自燃，不利于采空区安全管理。同时，由于断层揭露的岩体硬度高，单轴抗压强度为48 MPa，采用采煤机强行破岩时，采煤机截割部负荷大，截齿磨损严重。通过现场观察发现，工作面回采前期共计磨损67个截齿，截割电机烧毁一台，设备维修费用达49万元。

2.2 回采工艺优化

为了加快工作面过断层速度，减少采煤机破岩量，降低采煤机故障率，减少采空区遗煤量，通过研究决定采用仰斜回采工艺。

（1）8119工作面仰斜回采前，对工作面进行伪斜调整，保证工作面煤壁、刮板输送机调平，并将工作面煤矸清理干净，及时将支架移架到位。

（2）将采煤机移至机头处斜切进刀并对三角煤柱进行回采，采煤机正常回采至距断层20 m处时调整采煤机割煤上山角，以7°仰角上山掘进，上山推进期间破上盘顶煤，留下盘底岩，如图1。

图1 8119工作面仰斜回采施工剖面示意图（mm）

（3）当工作面仰斜回采30 m且完全进入下盘煤层底板后，再次调整采煤机回采角度进行近水平角度回采。工作面仰斜回采期间上滚筒往返割煤，下滚筒清煤。

（4）为了降低采煤机破岩期间故障率，仰斜回采过断层下盘期间，对破岩厚度达0.8 m的岩体提前布置松动爆破孔进行爆破震动。松动爆破孔深度为0.8 m，间距为1.0 m，爆破孔内填装一支毫秒延期电雷管以及300 g矿用乳化炸药，单次爆破孔数不得超过3个。

3 仰斜回采期间围岩耦合控制技术

3.1 耦合控制技术原理

煤岩体内部耦合控制技术是基于注浆与锚杆（索）联合支护控制破碎围岩，提高围岩稳定性，达到提高围岩承载能力，防止围岩垮落的目的。该支护技术在注浆加固、锚杆（索）预紧作用下，使加固围岩内部形成一个环状承载圈；注浆时注浆液对围岩松动圈进行粘接加固以及填充，改善围岩力学性质，提高围岩自身承载能力；采用锚杆（索）可将顶板及煤壁不稳定岩体进行固定预紧，防止围岩片帮、离层，约束围岩变形区、塑性区发展。

3.2 注浆加固

（1）8119工作面仰斜回采过程中需破断层上盘顶煤，现场发现，仰斜期间32#～42#支架之间顶板破碎严重，支架支护效果差，最大端面距达1.5 m，煤壁片帮深度达1.2 m，在38#支架前方出现局部冒漏现象，所以32#～42#支架前方端面顶板为重点注浆加固区域。

（2）注浆钻孔布置在32#～42#支架前方煤壁上，共计布置一排注浆钻孔，钻孔开口位置距离顶板1.0 m，钻孔直径为40 mm，深度为4.0 m，钻孔仰角为50°，钻孔布置间距为3.0 m，如图2。钻孔施工完后，依次对钻孔进行注浆施工，注浆液为聚氨酯无机化学材料，注浆压力为1.5 MPa。

图2 8119工作面仰斜回采期间围岩支护示意图（mm）

3.3 锚杆（索）支护

对断层区施工锚杆（索）可对不稳定围岩施加约束力，锚杆可对围岩表层煤岩体进行控制，防止垮落，锚索可将松软煤岩体固定在稳定岩层上，从而形成一个稳定、加固的承载圈。根据现场观察，决定对8119工作面断层区巷帮采用锚杆支护，顶板采用桁架锚索支护。

（1）煤壁锚杆支护。为便于后期采煤机割煤，断层带处煤壁采用玻璃钢锚杆进行支护，锚杆长度为2.0 m，直径为20 mm，锚杆外露端配套一块直径为15 mm玻璃钢托盘；煤壁施工一排护帮支护，锚杆距顶板间距为1.5 m，锚杆间距为2.0 m。

（2）顶板桁架锚索支护。为控制顶板下沉，削弱应力破坏作用，决定上山回采期间顶板施工桁架锚索支护。每组桁架锚索支护由两根长度为4.3 m锚索、一根长度为0.5 m双向张拉器以及两根长度为1.5 m桁架拉杆组成。桁架锚索布置间距为1.5 m，布置排距为2.0 m。

4 应用效果

（1）与传统强行破岩工作面过断层回采工艺相比，采用仰斜回采工艺时，减少了采煤机破岩量1900 m3，增加煤柱回采量0.74万t，提高工作面经济效益700余万元，后期采煤机截齿损坏仅11个，远远少于强行破岩工艺，也未出现采煤机电机、减速机烧毁事故，节约设备维修费用达28.7万元。

（2）8119工作面仰斜回采期间顶板采取注浆、锚杆（索）耦合支护后，控制了煤壁片帮、端面顶板破碎现象，煤壁片帮深度最大0.4 m，端面距控制在0.6 m以下，未出现顶板严重破碎、顶板冒漏事故，液压支架初撑力及工作阻力达95%以上。

5 结语

白洞矿针对8119工作面前期过F7断层期间设备故障情况、围岩控制情况以及回采情况主要存在的问题，合理优化过断层回采工艺以及围岩支护技术，采用仰斜上山回采工艺后解决了传统回采时破岩量大、设备故障率高以及回采效率低等难题。采用顶板联合控制技术后，避免了仰斜回采过程中受回采应力、构造应力集中影响，导致煤壁片帮、顶板破碎现象，保证了工作面安全快速过断层破碎区，取得了显著应用成效。