綜放工作面初采安全高效過(guò)斷層技術(shù)工藝

趙 璽

（山西高河能源有限公司，山西 長(zhǎng)治 047100）

0 引 言

我國(guó)煤炭?jī)?chǔ)量豐富，煤炭是我國(guó)的主要能源，但是，地質(zhì)條件復(fù)雜、多變，給煤炭開(kāi)采企業(yè)帶來(lái)巨大的挑戰(zhàn)，而地質(zhì)構(gòu)造則是影響井工礦井安全高效開(kāi)采的重要影響因素。斷層是地質(zhì)活動(dòng)中形成的一種常見(jiàn)的地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)，也是煤礦開(kāi)采中常見(jiàn)的地質(zhì)構(gòu)造之一，斷層的存在不僅破壞煤巖體的整體性和連續(xù)性，影響采掘工作面安全開(kāi)采，而且嚴(yán)重影響礦井的生產(chǎn)效率，降低資源回收率。高河煤礦地質(zhì)條件復(fù)雜，地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育，斷層是工作面回采過(guò)程中最常見(jiàn)的構(gòu)造，解決工作面安全高效過(guò)斷層方法顯得尤為重要，特別是工作面臨空側(cè)端頭，在上個(gè)工作面采動(dòng)壓力影響和本工作面初次來(lái)壓的共同作用下，煤巖體破碎，再加之?dāng)鄬拥挠绊?，工作面端頭頂板和煤壁維護(hù)難度加大，嚴(yán)重制約工作面回采安全[1-4]。

1 工程地質(zhì)條件分析

1.1 工作面概況

高河礦井主采3號(hào)煤層，核定生產(chǎn)能力600 Mt/a。E1303工作面為東一盤(pán)區(qū)工作面，北面接+450m水平東翼大巷，西面臨E1305工作面采空區(qū)，與E1305采空區(qū)之間凈煤柱為50m，東面接E1302工作面采空區(qū)，與E1302采空區(qū)之間凈煤柱為30m。工作面切眼長(zhǎng)度297m，第一切眼設(shè)計(jì)可采長(zhǎng)度385m，埋深深394.358m～453.702m，煤層傾角1～7°，平均5°，工作面平均煤厚7.1m，全煤間夾有一層炭質(zhì)泥巖夾矸，厚度0.10m～0.4m，平均0.19m。根據(jù)E1303工作面坑透資料和掘進(jìn)過(guò)程中揭露情況，可知Fe106正斷層在進(jìn)風(fēng)順槽距7#貫往北10m處（進(jìn)風(fēng)順槽距第一切眼137m）和工作面正規(guī)架106#已揭露，走向45°，傾角315°，傾角60°，落差1.3m，斷層區(qū)域內(nèi)裂隙發(fā)育，斷層面附近較為破碎。Fe106正斷層與工作面位置關(guān)系如圖1所示。

1.2 采礦條件分析

根據(jù)E1303工作面順槽揭露的地質(zhì)情況以及巷道礦壓監(jiān)測(cè)分析情況，結(jié)合本盤(pán)區(qū)工作面及與E1303相鄰的E1305和E1302兩個(gè)工作面回采時(shí)的礦壓顯現(xiàn)情況，綜合分析，預(yù)計(jì)E1303工作面直接頂初次垮落步距為18.5m，老頂初次垮落步距為60～90m，周期來(lái)壓步距為10～12m，關(guān)鍵層斷裂步距約140m。根據(jù)圖1可知，F(xiàn)e106正斷層由工作面中部向進(jìn)風(fēng)順槽側(cè)延伸，進(jìn)風(fēng)順槽側(cè)與E1302工作面采空區(qū)之間僅留有30m的護(hù)巷煤柱。工作面回采后，臨空側(cè)側(cè)端頭受本工作面老頂和關(guān)鍵層初次強(qiáng)烈動(dòng)壓和E1302工作面回采動(dòng)壓疊加影響，臨空端頭三角區(qū)產(chǎn)生應(yīng)力集中，在疊加應(yīng)力作用下，端頭三角區(qū)煤巖體極易產(chǎn)生塑性破壞，加之Fe106正斷層正好處于工作面臨空側(cè)端頭，E1303工作面初采期間需通過(guò)Fe106正斷層，使得臨空側(cè)端頭煤壁極頂板控制難度加大。臨空三角區(qū)受Fe106正斷層影響，斷層面附近煤巖體破碎，已發(fā)生煤壁片幫、冒頂、埋架等，嚴(yán)重影響工作面的正常安全回采。

圖1 Fe106正斷層與工作面位置關(guān)系圖

2 初采過(guò)斷層技術(shù)工藝

2.1 施工工藝

1）為控制工作面臨空端頭煤壁和頂板穩(wěn)定，防止工作面回采過(guò)程中產(chǎn)生嚴(yán)重片幫、冒頂、埋架等事故，在工作面回采前，應(yīng)根據(jù)Fe106的揭露情況，在工作面和進(jìn)風(fēng)順槽斷層影響區(qū)域進(jìn)行注漿加固，加固斷層影響范圍的破碎煤體強(qiáng)度，保證工作面初采期間的安全生產(chǎn)。

2）為保證過(guò)斷層期間的回采安全，在斷層揭露點(diǎn)至機(jī)尾沿煤層底板推進(jìn)，揭露點(diǎn)至機(jī)頭方向20m范圍留底煤推進(jìn)，揭露點(diǎn)機(jī)頭方向20m至機(jī)頭沿工作面底板推進(jìn)；回采推進(jìn)過(guò)程中，每推進(jìn)4刀工作面有2組架通過(guò)斷層；要求通過(guò)斷層的支架緩慢找底，每刀下放落差控制在50mm，當(dāng)支架落在底板上開(kāi)始沿底板推進(jìn)；每天8點(diǎn)班，由修巷班負(fù)責(zé)在留底煤區(qū)段探一次頂?shù)酌汉穸?，隨時(shí)掌握頂?shù)酌鹤兓闆r。

2.2 頂板管理

由于斷層影響區(qū)工作面頂板破碎，在注漿加固的基礎(chǔ)之上，必須保證液壓支架及時(shí)拉架，接頂，保證足夠的初撐力，應(yīng)做到以下幾點(diǎn)：

1）對(duì)工作面所有支架進(jìn)行徹底的檢修，確保支架工作狀態(tài)良好，保證過(guò)斷層期間泵站壓力達(dá)到30 MPa，乳化液濃度4%～5%，支架前柱、小梁初撐力達(dá)到24MPa。

2）嚴(yán)格控制工作面才高，保證煤壁平直，使支架達(dá)到最佳支護(hù)效果，嚴(yán)禁機(jī)組割底板，必要時(shí)采取漂、吊溜等應(yīng)急措施。

3）作業(yè)人員協(xié)調(diào)配合，采用緊隨采煤機(jī)前滾筒移架及超前帶壓移架，減少空頂時(shí)間和防止煤墻片幫，工作面支架要接頂嚴(yán)密，小梁上部無(wú)空頂，工作面如發(fā)生局部高頂，應(yīng)及時(shí)采取上木大板、道木、剎桿等維護(hù)頂板，嚴(yán)防事故擴(kuò)大。

2.3 煤壁防片幫措施

工作面頂板冒落，往往是由于煤壁片幫引起，煤壁片幫后，導(dǎo)致頂板沒(méi)有支護(hù)，從而發(fā)生冒頂現(xiàn)象。因此，控制煤壁片幫也是防止工作面發(fā)生冒頂?shù)闹匾胧?/p>

1）根據(jù)斷層揭露情況，在工作面和進(jìn)風(fēng)順槽，對(duì)斷層影響區(qū)煤體提前進(jìn)行注漿加固。

2）工作面煤墻必須采直割平，不得留有傘檐，堅(jiān)持工作面有效逼幫，支架移出后必須及時(shí)打出逼幫板。

3）對(duì)于煤墻片幫較寬、頂板破碎區(qū)段必須及時(shí)進(jìn)行上料管理并打好逼幫柱，防止片幫范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。

3 注漿加固方案

3.1 鉆孔布置參數(shù)

為了加固斷層影響區(qū)破碎煤巖體，提高煤壁和頂板的穩(wěn)定性，保證工作面安全回采，根據(jù)斷層揭露情況，在工作面和進(jìn)風(fēng)順槽斷層影響區(qū)域布置注漿鉆孔，鉆孔布置范圍為斷層揭露面兩側(cè)5～10m范圍內(nèi)的破碎煤巖體。為保證煤巖體注漿加固效果，最大程度減小注漿過(guò)程中由于漿液串孔導(dǎo)致導(dǎo)致注漿量低，煤巖體裂隙充填不飽滿(mǎn)，導(dǎo)致注漿加固效果不理想，注漿鉆孔采用分次施工，先施工一次注漿鉆孔，再待一次注漿鉆孔施工完畢，再施工二次注漿鉆孔。一次注漿鉆孔和二次注漿鉆孔均為上下兩排，三花布置；上排鉆孔加固工作面上部煤體和頂板，下排鉆孔加固工作面中部煤體；在一次注漿上、下排孔相應(yīng)位置分別施工二次注漿鉆孔的下、上排孔（詳見(jiàn)圖2（a）和圖3（a）所示）。鉆孔布置參數(shù)為：鉆孔孔深8m，孔徑42 mm；下排鉆孔開(kāi)孔高度距底板1.5m，垂直煤壁或巷幫打設(shè)；上排孔距開(kāi)孔高度距底板2.5m，垂直方向仰角30°打設(shè)。鉆孔布置見(jiàn)圖2和圖3所示。

圖2 工作面注漿鉆孔布置圖

圖3 順槽注漿鉆孔布置圖

3.2 注漿工藝

1）注漿加固材料采用晉安加固1號(hào)，為A、B雙液材料，兩種材料以體積比1：1進(jìn)行注漿。

2）注漿壓力為10MPa（注漿終孔壓力）或煤墻出現(xiàn)大量不可封堵的流漿現(xiàn)象時(shí)，關(guān)閉氣源開(kāi)關(guān)及注漿泵，結(jié)束單孔注漿。

3）注漿作業(yè)過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)密關(guān)注注漿泵壓力、流量等參數(shù)及煤墻變化，一旦有注漿壓力驟降等異常情況，應(yīng)立即停止注漿，查明原因，采取措施后方可恢復(fù)注漿；如果注漿過(guò)程中壓力過(guò)大，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整終壓，確保注漿煤體不會(huì)因注漿壓力變形；若出現(xiàn)漏漿則減小注漿壓力或者間歇（間隔不超過(guò)10min）注漿。

4）進(jìn)風(fēng)順槽內(nèi)注漿前，應(yīng)將注漿點(diǎn)前后15m范圍內(nèi)瓦斯抽放八通閥門(mén)關(guān)閉，防止?jié){液進(jìn)入瓦斯抽放管路，待注漿完畢30min后恢復(fù)。

5）注漿完畢后，拆除孔口混合器和注漿管。在攪拌機(jī)中加入清水，開(kāi)啟注漿泵進(jìn)行洗泵，至注漿管流出清水時(shí)繼續(xù)清洗5min之后，方可停止。

4 工業(yè)試驗(yàn)效果

E1303工作面自割第一刀煤開(kāi)始，直至工作面回采140m完全通過(guò)斷層至，工作面斷層影響區(qū)和臨空側(cè)端頭三角區(qū)均未發(fā)生過(guò)冒頂事故，僅發(fā)生了5次片幫，最大片幫深度0.8m，最大范圍3個(gè)架，工作面日均進(jìn)尺2.5m，日均原煤產(chǎn)量7300 t，實(shí)現(xiàn)了綜放工作面初采期間安全高效過(guò)斷層。

5 結(jié) 論

工作面臨空側(cè)端頭在兩個(gè)工作面回采疊加應(yīng)力影響下，礦壓顯現(xiàn)強(qiáng)烈，加之?dāng)鄬拥难由煊绊?，?yán)重制約工作面安全開(kāi)采，調(diào)整工作面回采工藝，制定嚴(yán)格頂板管理和煤壁控制措施，配合斷層影響區(qū)的注漿加固技術(shù)，強(qiáng)化臨空側(cè)端頭三角區(qū)煤巖強(qiáng)度，保證了工作面煤壁和頂板的圍巖穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了工作面安全高效回采，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。