王燕飛

（大同煤礦集團(tuán)北辛窯煤業(yè)有限公司，山西 忻州 036702）

1 概述

大同煤礦集團(tuán)北辛窯煤礦8102工作面位于11采區(qū)，工作面設(shè)計(jì)走向長度為854m，傾向長度為161m，工作面回采煤層為2#煤層，平均厚度為5.92m，煤層頂板主要以砂質(zhì)泥巖及中粗粒砂巖為主，工作面采用綜合機(jī)械化放頂煤回采工藝。

8102工作面地質(zhì)條件復(fù)雜，工作面回采期間共計(jì)揭露11條斷層，多以正斷層為主，斷層平均落差為1.2m，平均傾角為52°。工作面回采至670m處揭露F5正斷層，斷層落差為2.4m，傾角為55°，內(nèi)摩擦角為 22°，內(nèi)聚力為 1.54MPa。受構(gòu)造應(yīng)力影響，在揭露F5斷層前后15m范圍內(nèi)頂板來壓顯現(xiàn)，導(dǎo)致工作面89#～112#之間頂板出現(xiàn)冒落現(xiàn)象，煤壁片幫嚴(yán)重，最大片幫距達(dá)2.4m。工作面回采至655m處時(shí)回采速度降低，支架移架困難，支架初撐力、工作阻力不足，出現(xiàn)兩次倒架現(xiàn)象。為了保證工作面安全快速過F5斷層，決定對工作面回采方法進(jìn)行合理調(diào)整，并對煤壁片幫嚴(yán)重區(qū)域以及冒落頂板采取有效維護(hù)措施。

2 采煤施工優(yōu)化

（1）降低采煤機(jī)回采速率。8102工作面采用型號為SL300采煤機(jī)采煤，工作面在過斷層前采煤機(jī)平均割煤速率為14m/min。為了防止工作面過斷層應(yīng)力區(qū)時(shí)采煤機(jī)割煤深度大，加劇斷層應(yīng)力區(qū)煤壁及頂板松散圍巖的不穩(wěn)定狀態(tài)，決定在工作面過斷層應(yīng)力區(qū)截割深度降低至0.5m，回采速率降低至5～8m/min。

（2）提高支架初撐力。通過對應(yīng)力區(qū)頂板觀察發(fā)現(xiàn)，工作面在集中應(yīng)力作用下，頂板受壓加大。為了提高應(yīng)力集中區(qū)頂板支護(hù)效果，將液壓支架工作阻力由原來6400kN提高至8100kN，保證支架供液壓力不低于30MPa。

（3）工作面?zhèn)涡闭{(diào)整。由于F5斷層從8102工作面回風(fēng)順槽預(yù)先揭露，且與工作面成8°夾角貫穿工作面，若工作面直接過斷層，采煤機(jī)破巖量較大，回采效率較低，而且很容易造成機(jī)械設(shè)備損壞，所以決定在工作面過斷層前及時(shí)對工作面進(jìn)行偽斜調(diào)整，保證工作面與斷層面平行，減少工作面過斷層時(shí)的破巖量。

3 工作面頂板、煤壁控制措施

3.1 煤壁注漿加固

（1）采用ZQS-50/2.6S型氣動(dòng)手持式鉆機(jī)進(jìn)行鉆孔施工，鉆孔施工在工作面煤壁上，距頂板間距為1.2m。

（2）鉆孔直徑為43mm，深度為5.0m，鉆孔間距為3.0m，鉆孔以30°仰角布置，鉆孔終孔位置位于頂板巖體內(nèi)。

（3）注漿鉆孔施工完成后，依次對鉆孔內(nèi)埋入直徑為20mm注漿軟管。軟管埋入鉆孔內(nèi)深度為3.0m，注漿軟管安裝后對鉆孔采用膨脹水泥進(jìn)行封孔處理，封孔長度不得低于0.3m。

（4）將注漿管外露端與2ZBQ24/10型雙桶注漿泵進(jìn)行連接，然后將A桶馬麗散與B桶催化劑（馬麗散與催化劑配比為1:1）分別與注漿泵連接，最后將注漿泵采用25#膠管與巷道內(nèi)靜壓風(fēng)管連接進(jìn)行注漿施工。如圖1所示。

（5）注漿時(shí)采用“由里向外、由低壓向高壓”的注漿原則，注漿壓力控制在0～1.2MPa，單孔注漿時(shí)間不得低于15min。在注漿過程中發(fā)現(xiàn)煤體有漿液滲出或鄰孔出現(xiàn)串液現(xiàn)象時(shí)，立即停止注漿。

圖1 2ZBQ24/10型雙桶注漿泵注漿示意圖

3.2 錨棚假頂施工

（1）工作面回采過程中當(dāng)頂板出現(xiàn)冒落時(shí)，及時(shí)在冒落區(qū)邊緣施工錨索吊棚，與支架頂梁平行布置。錨索吊棚由一根長度為3.5m、寬度為0.5m圓鋼梯形梁以及兩根長度為5.0m、直徑為17.8mm錨索組成。

（2）為了防止移架時(shí)對錨棚假頂穩(wěn)定性造成影響，每架錨索吊棚兩個(gè)錨索施工在相鄰兩架支架之間，錨索間距為1.75m(架寬），錨索與梯形梁之間采用長度為0.25m“JW”型鋼帶以及鎖具進(jìn)行預(yù)緊，錨索吊棚間距為1.5m，吊棚平面與工作面設(shè)計(jì)頂板平面一致。

（3）所有錨索吊棚施工完后，在錨索吊棚上方依次鋪設(shè)風(fēng)筒布、經(jīng)緯網(wǎng)，然后依次鋪設(shè)道木，道木長度為1.5m，上下兩層道木“十字”交叉布置。道木鋪設(shè)完成后保證與頂板接觸嚴(yán)實(shí)，并再一次對錨索吊棚進(jìn)行預(yù)緊。如圖2所示。

（4）人工假頂施工完后，為了保證假頂與冒落區(qū)頂板完全膠結(jié)，采用注漿泵向假頂間隙高壓注入羅克休膨脹劑，注漿壓力為1.5MPa。注漿后保證膨脹劑對假頂間隙完全填充，注漿3h后工作面方可移架。

圖2 8102工作面端面冒落區(qū)錨棚假頂施工剖面圖

3.3 實(shí)際應(yīng)用效果

截至2019年2月17日，8102工作面已完全過F5斷層應(yīng)力區(qū)，工作面過斷層時(shí)間為35d。通過對工作面煤壁及頂板采取注漿加固技術(shù)后，煤壁片幫現(xiàn)象得到有效控制，最大片幫深度降低至0.5m以下，提高了煤體穩(wěn)定性，單軸抗壓強(qiáng)度提高至54MPa，降低了超前應(yīng)力對煤柱破壞作用。對冒落區(qū)施工錨棚假頂后，解決了冒落區(qū)圍巖控制難度大、有害氣體積聚等技術(shù)難題，保證了支架工作阻力，防止支架移架時(shí)出現(xiàn)倒架、傾架等事故。

4 結(jié)束語

8102工作面過F5斷層期間，進(jìn)行采煤施工環(huán)節(jié)的改進(jìn)調(diào)整和強(qiáng)化圍巖控制措施，提高了斷層應(yīng)力區(qū)圍巖穩(wěn)定性及承載能力，強(qiáng)化頂板外部變形約束能力，防止了應(yīng)力區(qū)頂板破碎、冒落以及煤壁片幫現(xiàn)象，為工作面安全快速過斷層提供了有力保障，取得了顯著應(yīng)用成效。