综采工作面过大落差断层综合技术应用实践

综采工作面过大落差断层综合技术应用实践
【摘要】顾北矿在1332（1）综采工作面回采过程中需过F93-1大落差断层，综合利用深孔注浆、浅孔注浆、顺槽顶帮特殊加固、工作面联网等技术过该断层，保证了施工安全，提高了回采效率，节约了材料成本，取得了良好的经济效益，为综采工作面过大落差断层安全高效提供了保障。

【关键词】综采；大落差断层；经济效益
1 断层概况
F93-1断层位于1332（1）工作面3#异常区，影响范围始于回风顺槽退尺点430m结束于胶带机顺槽退尺点550m，共计影响回采长度为120m，断层为倾向断层，贯穿整个工作面，与工作面夹角约为22°；影响区内煤层破碎，裂隙发育，影响程度H>1煤厚，断层落差为4.6～7.0m，对回采影响很大。

图1 1332（1）工作面回风顺槽F93-1断层揭露段实测剖面
图2 1332（1）工作面胶带机顺槽F93-1断层揭露段实测剖面
2 工作面三机布置
进口1470KW久益7LS6C型煤机，配套使用了工作阻力较大的ZZ10800/22/45液压支架132架、SGZ-1000/1400刮板输送机。

3 确定断层通过方案
根据地质预报拟定两种通过方案：
方案一：跟顶板回采，至断层位置时破顶刹底强行通过。

优点：不需逮煤顶，老塘遗煤少，能保证煤质，防火及顶板管理较容易。

缺点：工作面回采至断层面时，需急刹车，工作面俯采角度较大（预计在40°以上），设备处急坡段运行，易损坏，不易管理，刹底与破顶配合较难控制，且机头（机尾）顶板与顺槽顶板落差较大，链板机头与转载机搭接很难控制合理。

方案二：逮煤顶，从底板强行通过。

优点：变坡点过度平滑，俯采角度小（可控制在10°以内），对煤机等设备损坏程度相对较小，工作面支架、刮板输送机的控制容易操作，运输机与转载机搭接较易控制。

缺点：需逮煤顶施工，遗煤较多，割矸量大，防火及顶板管理较困难。

考虑到煤机的性能及矸石硬度，根据两种方案利弊分析及断层实际特征，确定采用方案二从底板强行通过。

4 两顺槽受断层影响段的U型棚支护加固处理
在掘进期间，两顺槽受F93-1断层影响段为U型棚支护（回风顺槽42m，胶带机顺槽49m），回采时为确保改棚的安全顺利及防止此段受地质影响而造成顶板破碎下沉，提前对两顺槽U型棚支护段进行了加固处理：
在两棚U型棚中间的顶板使用2.75mM5钢带，压弯后紧贴顶板打四根锚索，相邻两U型棚中的顶板使用2.0mM5钢带紧贴顶板打三根高强锚杆，帮部靠工作面侧使用 2.75m废旧皮带紧贴帮部打四根玻璃钢锚杆，另一侧帮部使用2.75mM5钢带紧贴帮部打四根高强锚杆。

具体布置及支护材料规格见附图：
图3 1132（1）工作面顺槽U型棚支护段顶帮加固支护示意图
5 改棚施工
为不影响生产，超前工作面100m进行改棚施工：
（1）对于U型棚加固支护完整段，先去除U型棚，然后在原U型棚位置架倾向棚支护，棚梁为3.6～4.0m矿用11#工字钢，棚腿为DZ-32（35）型单体。

（2）对于部分U型棚支护上方因顶板充填物较厚未进行加固支护段，先架倾向棚管理，再去掉U型棚。

（3）架第一棚倾向棚时先在棚梁两端各打一根单体点柱，架第二棚时，用双面扒皮料做梁在棚梁中间挑一排临时棚进行支护，当倾向棚够4.5m时，立即用4.5m11#矿用工字钢挑正规挑棚，棚腿为DZ-32（35）型单体（下顺槽3排、上顺槽4排走向棚），正规挑棚挑齐后将倾向棚下临时支护替除。

（4）根据预先确定的断层通过方案，在顺槽断层影响段确定逮煤顶后的假顶线，改棚时，假顶线以上全部用废旧道木、小半圆等充填严实，假顶线以下不够高地点提前卧底确保巷道高度。

6 断层影响段超前预注浆加固顶板管理
（1）在两顺槽断层影响段向断层延伸方向（工作面方向）施工注浆孔，开孔距离巷道底板为1.1～2.3m，连续开孔间距为1.0m，终孔位置为见F93-1断层面，断层面终孔间距为10m，两顺槽共计施工注浆孔27个（胶带机顺槽14个，
回风顺槽13个，其中包括胶带机、回风顺槽各施工3个向未采区方向注浆孔，以加固预计掘进巷道位置顶板）。

（2）为保证注浆效果，钻孔施工到位后，及时注浆加固。

（3）钻孔采用φ94mm钻头施工，钻孔长度大于10m时下φ75mm套管封孔，封孔长度不小于8.0m。

（4）注浆水泥采用P.042.5普通硅酸盐水泥，按照1：1.25～1：1.5水灰比注入，并加水泥重量的0.5%的工业盐和0.05%的三乙醇胺以加快水泥凝结。

（5）钻孔长度小于30m时注浆压力按3MPa进行控制，大于30m时按5MPa 进行控制。

7 断层在工作面影响位置及范围预计
根据断层实测平剖面图，以每推进3m为一循环，预计断层可能在工作面出现的位置及影响范围，以提前做好刹底、逮煤顶等相关工作。

通过工作面实测断层位置及影响范围与预计位置及影响范围对比，误差较小，为工作面安全顺利通过断层提供了保障。

8 过断层期间管理
8.1 断层影响段两端头顶板管理
1）当两端头进入逮煤顶区域时，上端头从顺槽向工作面施工注浆孔、胶带机顺槽从工作面向回采方向（从顺槽施工时受转载机影响）施工注浆孔，进行超前注马丽散施工，以加固顶板。

2）开孔位置为距顶板（假顶）0.5m，钻孔与水平面夹角为15～30°，以终孔位置在所需逮煤顶区域为宜，孔间距为2.0～3.0m，孔深8.0m，孔径42mm。

3）两端头逮煤顶区域铺设单层10#铁丝编制的5m×1m菱形金属网，以防漏顶。

8.2 断层影响段工作面顶板管理
1）调整工作面采向（机尾多进，机头少进），使工作面煤壁尽可能的与断层垂直，以减少断层在工作面一次性暴露的面积，同时调整架向，以防运输机下窜。

2）煤机割煤后及时伸出支架伸缩粱逮住煤顶，同时打开护帮板护住煤帮，抵车后拉超前架管理顶板。

3）在断层影响段备用菱形金属网，若煤层松软破碎，则须及时铺设金属网管理，防止漏顶。

4）在上出口备齐注马丽散所用的设备设施及马丽散，必要时进行超前注马丽散以加固顶板。

5）断层影响段严格控制采高在2.8～3.2m。

8.3 加强俯采管理
1）控制每刀刹底量，每刀刹底量不超过150mm，严禁连续刹底超过3刀，严禁出现急刹车现象，将俯采角度控制在10°以内。

2）煤机导向滑靴、铲煤板、行走箱必须每班检查一次，发现磨损严重及时更换。

3）上、下隅角及时收作，收作后及时补齐切顶支柱，并挂设档矸网，防止老塘窜矸伤人。

4）制定并执行防转载机及皮带机尾下滑措施。

8.4 加强防火管理
1）过断层前，在工作面20#架至机尾布置φ51×10m高压胶管，每两根胶管中间布置一个51变16的三通及一个16的截止阀，并与上顺槽注浆干管合茬。

过断层期间，对逮煤顶区域，每割一刀煤，便进行一次洒浆施工，每生产班对老塘内进行注浆施工。

2）上、下隅角及时收作，并挂好风障或充填严实，以减少采空区漏风。

8.5 加强防水管理
1）过断层前，上下风巷U型水槽重新规范铺设，直接通到5m *1.5m*1m的大水泱，水泱里安设两个大流量电泵（专线控制）及一隔膜泵，确保工作面出水及时排出。

2）确保排水管路畅通的情况下，每班检修和试运水泵，保证排水设备能够随时投入使用。

9 过断层期间概况
工作面于9月17日进入断层影响区，至9月19日在机尾揭露断层，逮煤顶最厚处约1.4m，工作面影响长度约30m，9月20日观测显示，逮煤顶最厚处达2.1m，工作面影响长度约35m，且底板出现矸石。

随着回采的推进，9月22日煤顶厚度已达3m以上，且工作面机尾出现3m左右全断面矸石，局部为细质砂岩，硬度较大。

而后全岩段随断层向机头方向移动（9月17日到9月30日，平
均每天割煤10刀，断层每天向机头方向移动10架），且逮煤顶段影响范围也不断增加。

到10月1日，工作面断层已移动至28#架，逮顶煤厚度最厚处约4m，对回采造成极大困难，10月2日后矸石段及逮煤顶影响范围逐渐减少，于10月6日消失。

10 效果分析
1）根据断层特征及影响范围，预计通过断层时间为30～40天，实际通过时间为20天，缩短了10～20天。

2）过断层期间，未出现一起片帮、漏顶事故，未出现一架歪架倒架现象，未出现一起碰手碰脚人身安全事故。

3）过断层期间，加强了机电设备检修力度，保证了设备正常运行，期间未出现过一次因设备故障耽误生产现象。

4）过断层期间，预计需更换2个行走轮、10个导向滑靴、400个截齿、100个齿套和注40吨马丽散，由于在过断层期间，我队回采层位选择正确（根据掘进期间顶底板岩性分析）、采向及采高控制合理，最大程度减少了破矸量（特别是减少了破较硬砂岩量），实际更换1个行走轮、5个滑靴、80个截齿、30个齿套和注12吨马丽散，节约成本100万元以上。

5）此项过断层方案在实际应用中取得的效果十分显著，在人力、物力和安全上取得了很好的经济效益，值得推广使用。