综放工作面过正断层安全技术工艺实践

田兆川

（山西高河能源有限公司，山西 长治 047100）

我国煤矿地质构造广泛发育，煤岩层结构、物理力学参数差异较大[1-2]。在现场生产过程中，需结合具体开采参数、地质构造参数采取不同的技术工艺，以保证工作面开采安全[3-4]。

1 概况

高河能源W4302 工作面北临W4301 工作面（已采区），东接+450 m 水平南翼大巷，西为矿界，南为未采区。W4302 工作面切眼长325 m，胶带顺槽全长1859 m，回风顺槽全长1636 m，工作面设计可采长度1306 m。该工作面开采3 号煤层，均厚5.74 m，埋深383.4～456.8 m，煤层倾角平均5°，煤层松软，普氏硬度小于1，综采放顶煤开采，采高3.5 m，放煤高度3.24 m。3 号煤层直接顶为砂质泥岩、泥质粉砂岩，均厚3.1 m；基本顶为粉砂岩、泥岩，均厚25.4 m；直接底为泥岩、砂质泥岩，均厚7.8 m；基本底为粉砂岩、细粒砂岩，均厚12.4 m。高河能源属于高瓦斯矿井，W4302 工作面经抽采后瓦斯含量5.956 5 m3/t，可解析瓦斯含量3.753 7 m3/t，残存瓦斯含量2.202 8 m3/t。

根据工作面顺槽巷道掘进过程中揭露及钻探情况，回采区域Fw180 正断层对工作面影响最大。Fw180 断层，走向107°，倾向197°，倾角50°，落差2 m，与工作面夹角在52°～73°。工作面内断层分布29.6 m，推进方向影响长度为95.3 m。断层和工作面位置关系如图1。

图1 断层和工作面位置关系示意图（m）

2 安全过断层技术工艺

2.1 断层探测

为及时掌握断层走向、落差的变化情况，回采过程中对工作面即将揭露断层区域进行钻探，如下：

（1）根据工作面进风顺槽揭露断层位置，在工作面进风顺槽推进至764 m 时，开始在工作面170#～190#架范围打钻探测，打钻位置为距底板往上1.5 m位置正前方打探眼，以0°、-5°、-10°打探眼，探明断层位置及落差，现场根据实际情况调整打孔角度，其中0°钻孔探测长度为20 m。

（2）探测过程中若发现断层落差与预计有偏差时，应根据探测情况，重新确定断层参数，并对工作面状态做出相应调整。

（3）进入断层后，队组每天安排修巷班人员在已经过断层留底煤区段隔5 架探一次顶底煤厚度，随时掌握顶底板变化情况，并对工作面进行相应调整。

2.2 工作面管理

根据探测的Fw180 断层落差与走向参数，过断层期间采取如下技术措施：

（1）调整工作面漂高留底煤

① 工作面以20 架范围作为1 个留底煤漂高区域，以14 架为一个过渡区域朝机头方向依次交替揭露并通过Fw180 正断层。

② 工作面推进764 m 时，工作面170#架～190#架开始整体留底煤漂溜，其余支架沿底板推进，在割煤时每刀漂高100 mm，直至留底煤厚度达到2 m，随后动态保持留底煤2 m 高度，直至通过180#断层预揭露点。170#架～190#架为漂高段，156#架～170#架为过渡段，这两个区域必须在保证前部运输机平缓过渡（前部运输机起漂后机头至机尾方向理论最大角度6°）的情况下漂高。当180#架揭露断层后，已过断层区域完全沿底板推进。当工作面采高范围内底板出现1 m 以上岩石，采煤机无法切割时，必须采取爆破方式松动岩石过断层，使工作面支架与巷道支架都能平缓通过Fw180 断层。

③ 根据断层参数，工作面揭露Fw180 断层后会以每4 刀煤1 架的速度通过断层，要求工作面170#～190#已过Fw180 断层段及时沿底板推进，156#～170#架通过断层揭露点后，未通过区域在保证底煤厚度的情况下，水平推进通过Fw180 断层。

（2）根据底煤厚度及时调整工作面

过断层期间，通过每天探测的顶底煤厚数据对大溜漂高程度进行调整，保证漂高段顺利通过断层揭露点并沿断层上盘底板推进。

（3）严格控制工作面采高，及时移架不放顶煤

① 过断层期间，过断层区域采高控制在（3.2±0.1）m，非过断层段保持正常（3.5±0.2）m 采高回采。工作面控制好采高，机组严禁强行割底板石头。

② 断层面附近围岩破碎，在过断层区域应及时移架，并加强支架初撑力管理，保证支架及时支护顶板。

③ 在工作面内断层影响区域及两侧5 个支架范围内不放顶煤，保证顶板安全。

2.3 煤壁注浆

（1）钻孔参数

由于断层影响区域煤壁破碎、片帮，对工作面内断层揭露区域的煤壁和顶板进行注浆加固[5-6]。注浆钻孔三花布置，上排钻孔距离底板2.5 m，孔底到顶板，钻孔仰角根据顶板厚度调整；下排钻孔距底板1.5 m，仰角5°。钻孔深度均为8 m，直径均为42 mm，钻孔间距为8 m。采用ZQS-50/118S 风动煤钻或KZRS31.5-105/380 矿用乳化液钻机进行施工。

（2）注浆参数

煤壁注浆采用晋安加固1 号高分子材料，注浆泵采用3ZBQ-9/12 型风动注浆泵，进气压力0.3～0.8 MPa，注浆压力控制在8～10 MPa。在工作面煤壁注浆时，注浆压力达到0.7 MPa 时及停止注浆。

2.4 瓦斯管理

（1）在断层前后50 m 范围，按瓦斯一级管理执行“测10 采8”，即瓦斯参数监测钻孔打设深度为10 m，允许回采8 m。其中，前20 m 执行“测10 采6”，即瓦斯参数监测钻孔打设深度为10 m，允许回采6 m。瓦斯参数监测钻孔如图2。

图2 瓦斯参数监测钻孔（m）

（2）进入断层后，沿工作面推进方向，每30 m 测定1 次瓦斯含量。在工作面均匀布置3 个钻孔，并在断层预揭露或揭露位置前后15 m 增加2 个瓦斯含量测点。若实测含量指标W≥6 m3/t，则延长附近预抽钻孔抽采时间，直至检验合格。检验合格后同时在工作面每15 m 布置1 个K1值测定钻孔，若实测K1值≥0.4 m2/g·min1/2，在超标钻孔前后15 m 施工90 个瓦斯释放孔，经释放后，进行工作面防突措施效果检验，直至K1值均低于临界值。

3 效果分析

回采揭露W4302 工作面推进方向受Fw180 断层影响长度为98 m，与前期探测结果相差不大，工作面在推进764 m 时（提前约32 m）开始调整工作面做过断层准备。通过提前进行断层探测，及时调整工作面机采范围，注浆加固断层影响区破碎煤壁及顶板，保证了工作面过断层期间顶板安全。同时，加强过断层期间瓦斯管理，未出现瓦斯突然涌出现象，有效控制了工作面瓦斯浓度。工作面整个过断层影响区历时50 d，推进长度145 m，平均2.9 m/d，实现了工作面安全高效开采。

4 结语

对于厚煤层高瓦斯矿井而言，回采工作面过断层期间不仅存在顶板安全隐患，也存在瓦斯异常涌出风险。为保证W4302 工作面过Fw180 正断层期间的生产安全，通过工作面回采过程中断层探测、加强工作面支架管理、破碎煤壁及顶板注浆加固、加强断层影响区瓦斯管理等综合技术手段，为工作面安全开采提供了保障，有效避免了瓦斯超限和顶板冒顶现象。