综采工作面过断层回采工艺优化应用

龚志刚

（山西焦煤霍州煤电临汾宏大矿业有限公司，山西临汾 041000）

1 概述

临汾宏大矿业公司雪坪煤矿8302工作面位于三采区西南部，东部为三采区皮带巷，南部为轨道大巷，西部为5302顺槽，北部为实体煤。

8302 工作面回采长度为733m，倾向长度为185m，工作面回采煤层为9#+10#+11#合并煤层，9#煤层位于太原组下段顶部，K2灰岩之下，上距2 号煤层74.08～82.17m，平均80m，煤层厚度0.86～1.20m，平均1m，结构简单，不含夹矸，为全区稳定可采煤层，煤层顶板为K2石灰岩，底板为泥岩。10#+11#煤层位于太原组下段，上距9#煤层0.75～1.2m，平均1.0m，煤层厚度5.06～5.97m，平均5.6m，结构较简单，含0～3夹矸，为全区稳定可采煤层。煤层顶板为石灰岩，底板为泥岩、炭质泥岩。煤层硬度系数（f）2～2.5。合并煤层顶底板岩性如表1所示。

8302工作面回采至480m处揭露一条F4正断层，断层落差为1.7m，倾角为52°，工作面回采至462m处进入断层影响区，断层对工作面影响长度为54m。8302 工作面采用综合机械化回采工艺，工作面过F4断层时初步采用强行破岩法。

2 工作面原回采工艺主要存在的问题

（1）设备故障率高：通过现场勘查发现，8302 工作面揭露的F4断层前方为下降盘，揭露断层岩体为粗砂岩，岩体厚度为1.7m，通过对断层区岩体采取单轴抗压试验发现，岩体抗压强度为62MPa，岩体硬度高，采用采煤机进行强行破岩时，破岩效率低且采煤机截割难度大，采煤机截齿损坏严重，设备故障率高。

（2）煤柱损失严重：由于工作面揭露的F4断层岩体厚度为1.7m，工作面采煤高度为3.5m，采用强行破岩法过断层时采煤厚度为1.8m，而断层上盘煤体下移，回采期间下方煤体随工作面推移甩入采空区内，通过计算工作面强行破岩法过断层时甩入采空区煤体达1.3×104t，造成工作面煤柱回采率低；同时增加了工作面破岩量，导致原煤中含矸石率高，增加了洗选负荷。

（3）围岩破碎严重：采用强行破岩法过断层，采用液压支架进行顶板支护时，受断层牵引影响，在过断层前后20m范围围岩破碎严重，支架支护效果差，很容易出现顶板破碎、垮落现象，通过前期回采现场观察发现，工作面回采至470m 处时进入断层应力区，工作面进入断层应力区后围岩出现失稳现象，主要表现在煤壁片帮，造成端面距加大，端面顶板支护不及时造成顶板破碎严重。

（4）回采效率低：由于工作面揭露的断层岩体硬度高、厚度大，采用采煤机强行破岩时回采速度慢，通过前期回采现场观察发现，工作面进入断层应力区后工作面回采速度不足3.2m/d，回采效率低。

3 工作面回采工艺优化及支护技术

3.1 回采工艺优化

为了提高工作面过断层回采效率，减少采煤机破岩量，决定对工作面过断层回采工艺进行优化，采取俯斜回采工艺。

（1）8302工作面回采至465m处时开始采用俯斜回采工艺，工作面俯斜回采前需对工作面机道内浮煤清理干净，并调整工作面伪斜，确保工作面平直，同时将液压支架移架到位，支架离煤壁最大距离不得大于0.3m。

（2）工作面支架移架到位后开始调整工作面回采角度，采煤机以15°俯角下山掘进，俯斜回采期间工作面顶、底板以同样俯角变化，保证工作面回采高度为3.5m。

（3）工作面俯斜回采期间应控制采煤机截割深度，截割范围控制在0.5m 范围内，俯斜回风时每回采50m及时进行移架，防止工作面俯斜顶板空顶时间长出现顶板垮落事故。

（4）当工作面俯斜回采20m 后且揭露断层上盘煤体顶底板时，再次调整采煤机回采角度以近水平回采，如图1所示；工作面俯斜回采过程中应对断层前后10m范围内围岩加强支护。

图1 8302工作面过F4断层俯斜回采示意图（单位：mm）

3.2 过断层期间支护技术

由于工作面俯斜回采时需预留断层下盘顶煤，而工作面回采的煤层为9#～11#煤层合并煤层，煤层整体稳定性差，易破碎，在留顶煤时很容易出现垮落；所以决定对俯斜段顶板采取“注浆+超前管棚”联合支护技术

3.2.1 注浆加固

（1）由于工作面俯斜期间顶煤在构造应力、回采应力等几种应力作用下很容易出现垮落，所以需对仰斜段顶板采取注浆加固，注浆孔布置在煤壁上距顶板间距为0.6m。

（2）工作面俯斜期间采用手持式钻机对俯斜顶板施工注浆钻孔，每排布置三个注浆孔，孔间距为2.0m，钻孔深度为5.0m，直径为45mm，钻孔布置仰角为50°。

（3）注浆钻孔施工完后对钻孔内安装注浆花管并在孔口处采用膨胀水泥对花管进行固定，注浆花管长度为2.5m，采用无缝钢管焊制而成，管直径为42mm，花管四周均匀布置注浆小孔。

（4）在注浆花管端头安装阀门并连接注浆软管以及注浆泵，注浆采用马丽散与催化剂混合的有机化学材料，注浆压力为3.0MPa，注浆2h 后工作面方可继续回采，工作面每推进3.0m施工一排注浆孔。

3.2.2 超前管棚支护

工作面俯斜回采期间顶板出现严重超前破坏，而原支架在俯斜段支护效果差，无法实现超前支护作用，所以决定对俯斜段顶板采取超前管棚支护。

（1）超前管棚支护体采用无缝钢管焊制而成的，支护体为中空状，长度为2.0m，直径为30mm，管棚支护体一端为实芯销尖状，主要用于插入岩体内。

（2）工作面俯斜回采时对顶板施工一排超前管棚支护钻孔，钻孔深度为1.8m，直径为32mm，钻孔布置间距为1.0m，钻孔布置俯角为15°。

（3）超前管棚支护钻孔施工完后对钻孔内安装支护体，并在端头处采用锚杆进行固定，如图2所示；若围岩破碎管棚安装后出现松动时可对管棚支护体进行锚固。

图2 8302工作面过断层区顶支护示意图（单位：mm）

4 结束语

宏大矿业公司雪坪煤矿8302工作面在过F4断层期间通过合理优化回采工艺，并在过断层期间顶板采取联合支护技术后，通过实际应用效果来看，取得了显著应用成效：

（1）采取俯斜回采工艺后，工作面减少了破岩量，提高了工作面回采率，通过计算发现，与传统强行破岩法相比，回采工艺优化后工作面可增加煤柱回采量达1.27×104t。

（2）对俯斜段顶板采取注浆、超前管棚联合支护后，提高了俯斜段顶板整体稳定性，防止了因采动及断层影响出现顶板垮落事故，提高了俯斜段支架支护强度。