综采工作面过断层破碎带施工工艺研究

于 明

（山西新元煤炭有限责任公司，山西 阳泉 045400）

1 概述

山西新元煤炭有限责任公司位于山西省晋中市寿阳县境内，回采煤层3#煤层平均厚度3.0m，属石炭系煤层，发育不稳定，煤层顶板主要以泥岩及粉砂岩为主，平均厚度为4.0m。3207工作面位于一采区，工作面走向长度为2000m，倾向长度为240m，工作面直接顶主要以炭质泥岩为主，易破碎，平均厚度为3.8m。3207工作面采用综合机械化后退式回采工艺，全部垮落法管理顶板，目前3207工作面已回采650m。根据地测科提供资料显示，3207工作面回采至830m将揭露一条F7逆断层，断层落差2.4m，倾角30°，工作面回采方向为断层下盘，煤体下移，如图1所示。

由于F7断层影响整个工作面回采，带压开采很容易发生顶板大面积垮落事故。研究决定对3207工作面采用仰斜回采技术过F7断层，通过对工作面过断层带时存在的难题进行分析，提出了合理有效的安全措施，确保工作面安全顺利过断层带。

图1 新元矿3207 工作面过F7断层剖面示意图

2 过F7断层回采工艺及存在难题

2.1 仰斜技术过F7断层工艺

（1）当工作面回采至810m处时采用仰斜回采技术，即采煤机上行割顶煤时适当切割断层上盘岩石层，下行割底煤时适当预留底煤量，采煤机每次破顶，留顶量为0.5m。

（2）工作面第一循环割煤完成后在移架、推溜时以10°斜坡推进，当工作面仰斜回采20m后过F7断层带将进入断层上盘煤体。

（3）当工作面进入下盘煤体后继续以10°斜坡上山推进，继续推进20m后，采煤机滚筒将进入下盘顶板岩石层，此时及时调整工作面回采角度，沿煤层顶底板近水平回采。

2.2 仰斜技术过F7断层存在的难题

（1）3207工作面在仰斜回采过断层破碎带时仰斜角度为10°，当工作面在F7断层下盘推进时需破顶煤，而工作面顶板直接顶主要以炭质泥岩为主，厚度为4.0m，随着工作面逐渐推进，顶板破岩厚度也随之增大，当工作面推进至断层带时，顶板炭质泥岩厚度为1.6m，此时顶板岩石层很难预留，很容易发生大面积顶板垮落事故，不仅降低了工作面回采效率，而且对支架顶梁损坏严重。

（2）当3207工作面过断层带在上盘以6°斜坡上山推进时，需预留顶板三角煤柱。而工作面煤层发育不稳定，上盘三角煤柱难于预留，三角煤柱垮落后工作面顶板会形成高度达2.0m空顶区，支架无法进行有效支护，加大了回采安全隐患。

（3）工作面在F7断层上盘推进时需破底岩，而工作面底岩主要以粉砂岩为主，岩石硬度大，岩石硬度系数f＞4.0，采用采煤机破岩不仅回采率底，而且对采煤机滚筒、截割部损坏严重，加大了工作面设备维修费用。

3 过F7断层安全回采技术措施

为确保3207工作面能够安全快速过F7断层破碎带，研究对F7断层下盘顶板岩石层采用施工撞楔超前支护进行维护，对断层上盘顶板三角煤柱采用注浆支护进行维护，对上盘底板岩石层采用松动爆破施工工艺进行破岩，具体施工方法如下。

3.1 撞楔超前支护

（1）3207工作面回采至820m处时，对工作面顶板开始施工撞楔超前支护，撞楔超前支护主要由长度为4.0m钢针组成，钢针Φ30mm。

（2）3207工作面撞楔支护与顶板成10°仰角布置，钢针间距为1.0m，每次工作面施工一组撞楔超前支护段长度为50m。

（3）第一组撞楔支护施工完后开始采煤机割煤、移架、推溜等工序。工作面前50m所有工序完成后，开始施工第二组超前支护，与第一组超前支护施工工艺相同，依次类推直至整个工作面完成第一刀完整割煤。

（4）工作面第一刀割煤完成后，开始第二刀割煤。由于3207工作面采煤机割煤深度为0.75m，当工作面割煤4刀后（割煤深度为3.0m），开始施工第二排撞楔超前支护，与第一排超前支护交错距离为1.0m。当3207工作面过断层带后停止施工撞楔超前支护。

3.2 注浆支护

（1）3207工作面回采至830m处时开始对F7断层上盘三角煤柱施工注浆钻孔，钻孔施工在工作面顶板与煤壁交叉处，注浆钻孔间距为1.5m，钻孔与工作面成10°夹角布置。

（2）工作面注浆钻孔施工完后，采用高压注浆泵向钻孔内注射马丽散凝固液，当工作面煤岩体出现浆液渗透现象时停止注射，并对钻孔及时进行封孔。

（3）工作面注浆5h后方可继续回采，且工作面必须采用带压擦顶移架。

3.3 松动爆破施工工艺破底岩

（1）采用松动爆破破F7断层上盘底岩时，由于在断层上盘回采10m范围内底板破岩量较大，破岩厚度达2m，所以在前10m范围内炮眼深度为0.6～1.0m，每个炮眼填装一支乳化炸药，采用正向装药方式。

（2）工作面每割煤一刀，及时对底岩进行松动爆破，每次布置一排爆破孔，炮孔间距为1.2m，每次爆破3～5个炮孔。

（3）3207工作面进入断层上盘且推进10m后，底板破岩厚度逐渐减小，当不能保证封孔深度0.6m时，采用风镐人工起底。

4 结语

3207工作面采用仰斜技术过断层破碎带，根据过断层破碎带时可能存在的难题，制定合理有效的安全技术措施，解决了传统过断层破碎带时顶板破碎严重、工作面推进速度慢、机械设备损坏严重等难题，取得了显著的经济效益、安全效益。