特殊地质条件下大采高综采技术研究

马 宁

(山西省长治经坊煤业有限公司， 山西 长治 047100)

1 前言

大采高走向长壁式采煤工作面由于工作面距离较长，回采过程中往往会遇到断层等地质构造。断层导致工作面前方顶板岩层在断层面发生断裂，失去力的传递作用，工作面前方煤体应力集中，易导致工作面片帮漏矸现象，且由于采高较大，常伴有支架实际支护阻力降低、支架位态变差等现象。因此，研究大采高综采工作面过断层等地质构造带技术，对保证工作面安全回采具有重要意义[1-2]。

经纺煤矿3807大采高综采工作面走向长1389m，近水平煤层，平均5.3m，顶板松软破碎，直接顶为炭质泥岩。在巷道掘进过程中共揭露4条断层，其中F27、F30落差均为2.5m，断层会对工作面正常回采带来较大影响。3#煤层底板的总体起伏是比较大的，而且褶曲全区发育。3807大采高综采工作面回采煤层部分位于褶曲构造中，回采过程中先要进行仰采，之后逐渐过渡到俯采。

2 过断层具体施工方法

回采工作面采高大小与过断层的难易程度呈正比关系，即采高越大过断层难度越大，采高越小工作面片帮越少，矿压显现越缓和，过断层越容易。因此，过断层时，尽可能降低采高。

1)最小采高确定

工作面过断层时的最小采高为

hmin=h1+h2+h3

(1)

式中：h1——液压支架顶梁厚度；

h2——采煤机身高度；

h3——过机空隙余量。

3807工作面中支架一级、二级护帮板收回后顶梁厚度h1为650mm，滚筒直径、机身高度最大者h2为2800mm，h3过机空隙余量为400mm，另外考虑顶板下沉等不确定因素，将最小高度hmin定为4.0m。

2)过F30断层施工方法

当工作面通过F30断层时，工作面是由上盘进入下盘，具体方法如图1所示。由于煤层厚度为5.3m，上、下盘煤层相交厚度为2.8m，最小采高为4.0m，且煤层伪顶和直接底均为强度较低的泥岩，伪顶为0.4m，直接底为0.98m，采用“硬过”断层法，具体做法是：在距断层12m前开始通过逐渐加大底煤的留量来降低采高，每刀煤采高降低100mm，使工作面以8°仰采，在距断层1.6m处时采高已经降为4m，此时开始割伪顶使采高维持在4m，工作面底部先揭露断层，采煤机保持0.8m的卧底量割下盘的底板，直到工作面顺利通过断层。

图1 过F30断层具体方法

3)过F27断层施工方法

当工作面通过F27断层时，是由下盘进入上盘，在距断层10.23m时将采高降低为4m，此时需对顶煤进行注浆加固，同时开始割底板，每刀煤采煤机卧底量增加112mm，使工作面以8°俯采，推进5.7m后工作面顶部先揭露断层，此时对断层面进行注浆加固，采煤机保持卧底量不变，采高维持在4m，直到工作面完全进入断层上盘，具体方法如图2所示。

图2 过F27断层具体方法

3 断层面附近采取必要的注浆加固措施

F30、F27断层是在顺槽掘进时揭露的，断层在煤层中延展情况无法预计，但当工作面进、出构造时，会由于构造的影响，而造成煤、矸交界区域顶板错差大、煤壁破碎、片帮大等问题，在这种情况下，加强对断层面附近煤矿注浆加固对于保障采煤作业的安全性和作业质量、效率都具有十分重要的意义，有效地解决作业过程中耗时长、工作量大、不安全等问题，支护效果理想，作用显著。

1)断层面注浆

根据回风巷道揭露的F27、 F30断层来看，断层走向跟工作面有一定夹角，工作面上端头将先遇见断层，因此在距回风巷道揭露断层2m前处即对工作面煤壁进行注浆加固，直到工作面顺利通过断层。根据以往注浆经验，布置单排注浆孔，孔距间隔为2个支架的宽度，注浆高度在采高的2/3处，仰角为20°～30°，孔深5m，每推进4m注浆一次，也可根据回采工作面的现场情况采用局部打孔注浆，钻孔布置示意图如图3所示。

图3 断层面注浆孔布置示意图

2)留顶煤注浆

当工作面过渡到断层F30下盘和工作面在F27下盘降低采高时都需要对顶煤进行注浆加固，注浆方案与煤壁注浆类似，布置单排注浆孔，孔距间隔为2个支架的宽度，注浆高度是最小采高4m，仰角为20°～30°，孔深5m，每推进4m注浆一次，也可根据回采工作面的现场情况采用局部打孔注浆，钻孔布置示意图如图4所示。

图4 留顶煤注浆孔布置示意图

4 过断层期间回采工艺控制

(1)进一步保护支护的有效性和功能性。工作面过断层时，采取“压擦顶移架，超前移架”方式，支架顶梁接顶接实，初撑力符合要求。

(2)回风巷道预先加强支护，扩大超前支护范围。

(3)强化采煤工序的配合密度。支架工与采煤机司机配合密切，超前2架收回护帮板，滞后2架打开护帮板护帮，确保工序的有序性和安全性，避免冒顶、片帮现象的发生。

(4)采煤机司机要结合工序流程和采煤区域实际工作进行作业操作，按流程、要求规范操作。

5 大采高综采俯采技术方案

大采高综采俯采技术方案的制定以实际为基础，以经验为依据，一般而言，当俯采的角度小于8°时，基本对于回采工作不造成影响，也就是说，对于3807工作面而言，第一阶段、第二阶段都处于正常角度范畴，在回采过程中不会出现问题，但由于第三阶段俯采的角度要高出合理角度范畴以外，俯采为16°，角度较大，在实际作业过程中容易存在一些问题，需要综合考虑，以确保技术方案制定的可行性和有效性。

5.1 支架稳架技术措施

支架稳架技术措施是为了防止工作面俯采角度过大时造成支架承压力的降低，导致支架无法发挥应有的作用。强调支架稳定性主要从顶、底板与支架摩擦阻力、支架初撑力、回采进度出发，摩擦阻力越大、支架初撑力越大、回采进度越大，支架的稳定性也会越好。

5.2 防止刮板输送机及煤机前倾措施

当俯采达到12°以上时，难以进行推溜作业。达到15°以上时，采煤机易发生倾倒。针对倾角过大难以推溜作业问题，可采取以下方法：(1)改变刮板受力方向，于支架推拉头和刮板连接处增加一限位块，使输送机受力点下移。(2)采用压柱推移刮板输送机，即用单体液压支柱压住推拉头进行推移输送机，单体支柱一端打在十字头上，另一端打在支架顶梁上，形成70°的角度，一是为了避免刮板输送机出现侧翻问题；二是进一步提高装煤效果；三是为了更好的辅助刮板输送机工作。此种工艺已经在实际工作中取得成功

5.3 改善装煤效果技术措施

3807工作面采取双向割煤，主要原因是煤壁片帮严重，采煤机割完一刀煤后，需要立即推溜，拉超前架。但当工作面俯采角度大于正常范围时，不仅影响装煤效果，而且煤壁片帮也相对减少，因而，为改善装煤效果，建议采用单向割煤。

5.4 防止窜矸技术措施

1)封闭墙防窜矸石技术措施

大采高俯采工作面上下隅角需采用封闭墙封闭，以防止采空区矸石窜出威胁行人安全。封闭墙可采用木垛与矸石袋相结合的方式，并向采空区方向设有3°～5°倾角。为保证封闭墙稳定性，木垛可采用耙钉进行联接加固，并固定于巷帮锚杆上。

2)工作面防窜矸技术措施

(1)移架时，要及时采用支架侧护板调整支架间隙，防止支架间隙过大导致采空区矸石窜入工作面。

(2)“带压擦顶”移架。即移架时，待支架移动后，应立即停止降柱使之擦顶前移。要控制好降柱幅度，一般不超过100 mm，防止破碎伪顶矸石滑落到工作面内造成事故。

6 结论

(1)大采高工作面过断层构造时，尽可能降低采高，有利于减少煤壁片帮，使矿压显现缓和，最小高度为4.0m。

(2)当工作面片帮较大时，须对断层面采取注浆加固措施。

(3)工作面过断层期间的回采工艺控制是决定工作面能否按照要求安全顺利通过断层的关键。

(4)工作面俯采时，需针对支架稳定性差，推移刮板输运机困难，易侧翻；采煤机装煤效果差，采煤机易向煤壁前倾，矸石易从架间、上下隅角窜入工作面，工作面涌水量大，易造成底板泥岩软化，支架钻底等采取针对性措施，保证生产安全。