摘要：針對某礦1077綜采工作面推進過程中揭示的斷層問題，基于現(xiàn)場地質(zhì)情況與裝備條件，提出采用深孔預(yù)裂爆破弱化堅硬頂板、超前加強支護減小巷道變形、注漿固化煤頂?shù)确椒?，加強裝備、技術(shù)和組織保障能力。實踐結(jié)果表明：1077綜采工作面在采用聯(lián)合過斷層技術(shù)方案后礦壓顯現(xiàn)程度大幅降低，液壓支架工作阻力減少2.3MPa，過DF124和NDF137斷層時推進速度達到3m/d和5m/d，實現(xiàn)了安全高效過斷層，為礦井類似情況提供了參考。

關(guān)鍵詞：綜采工作面；過斷層技術(shù)；安全高效

中圖分類號：TD353文獻標(biāo)識碼：B

斷層是我國井工煤礦回采時常見的一種地質(zhì)構(gòu)造［1］，在采動應(yīng)力的作用下斷層活化，嚴重制約工作面的正常生產(chǎn)，甚至影響井下人員的生命安全。［2］工作面過斷層時，由于斷層影響范圍內(nèi)煤巖破碎、圍巖承載能力差以及構(gòu)造應(yīng)力發(fā)育，容易引起采面架前或架間漏矸、漏頂［3］煤壁片幫、頂板垮落等。此外，由于頂?shù)装宀黄秸?，斷層帶巖層的不均勻分布，工作面過斷層時支架的實際支護性能出現(xiàn)一定程度的降低，導(dǎo)致巷道變形嚴重。［4］為此以安徽某礦1077工作面為工程背景，針對斷層帶堅硬頂板、煤巖破碎和支架性能下降問題提出采用深孔預(yù)裂爆破的過斷層方法，輔以多種圍巖控制方案，以期提高煤炭生產(chǎn)效率和安全保障能力。

1工程背景

某礦1077工作面回采二疊系下統(tǒng)山西組10煤層，上距鋁質(zhì)泥巖約61.5m，下距太原組一灰頂界約64.1m。地層沉積穩(wěn)定，煤層原生結(jié)構(gòu)簡單，煤層傾角1°～17°，平均6°，煤層厚度0.4～9.7m，平均3.3m。工作面走向長度2325m，傾向長度230～200m，埋深-442.5～-561.8m，對應(yīng)地面標(biāo)高25.3～27.7m。工作面頂板以灰色細砂巖為主，局部漸變成泥巖，底板以深灰色粉砂巖為主，局部含有少量泥巖。工作面煤層頂?shù)装鍘r性見下表。

1077綜采工作面回采范圍內(nèi)將揭露斷層41條，其中31條會對回采產(chǎn)生影響，8條對回采影響較大。斷層DF124沿走向方向延展453m，沿傾向方向貫穿整個工作面，1077風(fēng)巷、機巷實揭斷層落差分別為6.0m、8.3m，工作面內(nèi)實揭最大落差為13m，巖石段影響范圍最大為70架。斷層附近煤層頂板巖性以中粒砂巖為主，中粒砂巖厚度最大達到7m。當(dāng)前1077智能化綜采工作面正在過逆斷層NDF137，該斷層走向延展270m，傾向延展范圍15～70m，斷層附近煤層頂板巖性以細砂巖為主，預(yù)計該斷層破巖影響范圍最大為50架，DF124斷層和NDF137斷層平面圖如圖1所示。

21077工作面過斷層技術(shù)方案

2.1深孔預(yù)裂爆破方案

根據(jù)斷層頂?shù)装逄匦院凸ぷ髅娴V壓顯現(xiàn)程度確定過斷層的方法，DF124斷層最大落差達到13m，遠遠超過工作面采高，采用直接破巖方式采煤機需破下盤頂板中粒砂巖，截齒磨損嚴重，電機負載巨大；重新布置切眼方法工藝復(fù)雜，制約工作面的高效生產(chǎn)；而挑頂切底方法同樣對設(shè)備損耗嚴重，頂板控制難度增加。因此提出采用深孔預(yù)裂爆破技術(shù)通過斷層的方案。

深孔預(yù)裂爆破技術(shù)通過采用人工爆破的方式破壞堅硬頂板的完整性，增加巖體中的裂隙和節(jié)理，降低礦山壓力的顯現(xiàn)程度，同時降低采煤機破巖損耗，在錢營孜煤礦［5］、臨渙煤礦［6］等地的使用取得了優(yōu)異效果。1077工作面過斷層DF124前，聯(lián)合中國礦業(yè)大學(xué)實施深孔預(yù)裂爆破工程，對煤機截割軌跡范圍內(nèi)的巖石進行預(yù)裂爆破，如圖2所示。在1077風(fēng)巷施工深孔預(yù)裂鉆孔13個，1077機巷施工21個鉆孔，鉆孔直徑均為94mm。

深孔預(yù)裂爆破工藝流程及注意事項主要包括：

（1）鉆孔施工。嚴格按照設(shè)計規(guī)定的位置和傾角進行施工，及時對不符合規(guī)定的鉆孔進行補鉆，清除炮孔內(nèi)煤渣或巖渣。

（2）炸藥安裝。使用L公司生產(chǎn)的筒裝炸藥，采用煤礦許用導(dǎo)爆索連續(xù)串聯(lián)裝藥結(jié)構(gòu)。

（3）導(dǎo)爆索敷設(shè)。嚴禁大力推送和拉扯導(dǎo)線，藥卷尾部應(yīng)增加防退裝置。

（4）注漿封孔。封孔炮泥必須搗實、封滿，封孔長度不得少于鉆孔長度的1/4。

（5）安裝雷管。為確保安全，雷管腳線應(yīng)當(dāng)進行扭結(jié)以形成短路。雷管腳線與腳線、腳線與放炮母線的連接必須采用絕緣膠布進行固定。

（6）二次封孔。確保銅芯導(dǎo)線在使用過程中不受破壞，不能被帶入炮孔中而導(dǎo)致卷曲。

（7）聯(lián)線起爆。起爆時工作人員必須撤離到距爆破地點200m以上位置，且與爆破地點不在同一巷道。出現(xiàn)殘爆、拒爆時必須制定專項措施處理。深孔預(yù)裂爆破炮孔裝藥結(jié)構(gòu)如圖3所示。

2.2巷道圍巖控制方案

斷層帶影響范圍內(nèi)，圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育，承載能力較低，在采動應(yīng)力的影響下，圍巖應(yīng)力異常，常規(guī)的對稱支護無法形成均勻的承載結(jié)構(gòu)，難以適應(yīng)巷道近斷層側(cè)的復(fù)雜應(yīng)力環(huán)境，進一步加劇圍巖非對稱變形的程度［7］。因此必須采用非對稱支護的方式超前對該段巷道進行加強支護，機巷超前加強支護斷面示意圖見圖4。在機巷頂板沿走向方向施工3排錨索和鋼帶，中間兩排錨索垂直頂板，錨索規(guī)格為Φ22mm×L10000mm；肩窩處的錨索與頂板成45°夾角，錨索規(guī)格為Φ22mm×L6300mm，錨索間排距1500mm×1000mm。在機巷下幫沿走向方向施工3排錨索和鋼帶，下面兩排錨索垂直巷幫，錨索規(guī)格為Φ22mm×L3150mm；上肩窩處錨索與巷幫成45°夾角，錨索規(guī)格為Φ22mm×L6300mm，錨索間排距1500mm×1000mm。

2.3固化煤頂方案

1077風(fēng)巷逆斷層DF124實揭地段煤層厚度最厚達到7.1m，走向影響35m，斷層帶范圍內(nèi)煤較為破碎，采煤機割煤后上覆破碎煤冒落，造成頂煤漏、冒問題，存在片幫、掉頂風(fēng)險，超前實施“骨架孔+注馬麗散”煤頂固化工程，能夠有效杜絕頂板漏、冒引起的瓦斯和頂板事故。骨架孔施工地點為風(fēng)巷下幫上肩窩處，間距200mm，用長10m、直徑為25mm的鋼管作骨架，骨架孔施工結(jié)束后，注馬麗散漿液。一方面，馬麗散因其速凝膠結(jié)的特性，充入煤巖體裂隙中后快速對破碎煤巖進行膠結(jié)，提高內(nèi)聚力和內(nèi)摩擦角；另一方面，漿液遇水膨脹，形成具有承載能力的結(jié)構(gòu)體，進一步提高對煤巖體的加固作用［8］。

3實施效果

對工作面液壓支架進行監(jiān)測，繪制各支架工作阻力隨回采時間變化圖如圖5所示。從圖中可以看出，在采取措施之前，斷層附近應(yīng)力集中，液壓支架工作阻力較高，其最大工作阻力可達到44.2MPa。采用深孔預(yù)裂爆破+超前加強支護+注漿加固頂煤聯(lián)合過斷層方案后，周期來壓程度降低，工作面液壓支架最大工作阻力降為36.4MPa，來壓持續(xù)時間減少為16h，頂板來壓程度得到有效控制。

選取25#、50#、75#、100#和125#液壓支架，分析在不同傾向距離上采取措施后的礦壓控制效果，如圖6所示。自2022年10月1日至2023年3月1日，工作面液壓支架工作阻力呈現(xiàn)“凹”形變化趨勢。采取措施前工作面液壓支架平均工作阻力為30.3MPa，采取措施后平均工作阻力降低為28.0MPa，工作面通過斷層DF124后，受其他地質(zhì)條件影響液壓支架平均工作阻力上升至29.2MPa。

通過采用深孔預(yù)裂爆破+超前加強支護+注漿固化煤頂?shù)穆?lián)合過斷層方案，1077綜采工作面實現(xiàn)安全高效過斷層，平均回采進度達到3m/d，其中2022年12月份月度回采進度達到123m，2022年累計生產(chǎn)有效煤量186萬噸。借鑒過斷層DF124的經(jīng)驗，當(dāng)前1077綜采工作面采用相

同技術(shù)方案過斷層NDF137（H=0～14m），回采進度達到5m/d。

結(jié)語

通過對1077工作面過DF124斷層問題提出采用深孔預(yù)裂爆破、超前加強支護和固化煤頂?shù)募夹g(shù)方案，并應(yīng)用到NDF137斷層，減小采煤機破巖難度，降低巷道圍巖變形，杜絕頂板事故，為綜采工作面過斷層問題積累寶貴經(jīng)驗，保證工作面安全快速地推進。

參考文獻：

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作者簡介：劉靜波（1987—），男，遼寧彰武人，本科，工程師，研究方向：采掘生產(chǎn)技術(shù)管理。