马智慧

（晋能控股煤业集团朔州煤电园区建设管理公司，山西 朔州 036000）

1 概况

新村煤业8105 工作面为综采工作面，主采3#煤层，平均煤厚3.2 m，平均倾角3°，工作面走向长1500 m，倾向长230 m。工作面基本顶为平均厚度29 m 的砂岩，直接顶为平均厚度2.4 m 的泥岩，直接底为平均厚度4.9 m 的泥岩及高岭质岩，属于近水平开采。8105 综采工作面于切眼向外1321 m处揭露断层，影响范围为切眼向外1321～1390 m 处。大断层平剖面图如图1。

2 过断层技术应用

2.1 顶板管理与支护强化

2.1.1 2105 巷支护强化技术

2105 巷位于工作面东侧，巷道周围均为未开采煤岩体。在工作面回采至断层影响范围时，实时观察巷道顶板应力状况，断层影响范围内的原巷道支护材料不得回收，在工作面回采至切眼向外1311～1340 m 处时，需对巷道支护进行强化加固，保证工作面回采时巷道的稳定性。在2105 巷内进行悬吊工字钢梁、打设井字形木垛、填充抗压材料罗克休以及喷浆加固等方式构筑人工假顶[1-2]。

巷道支护强化布置及支护参数如图2。首先采用脚手架及Ф50 mm×6 m 的钢管打设施工平台，在巷道顶板打设锚索进行工字钢梁横向悬挂；然后采用Ф18 mm×1.2 m 螺纹锚杆稳固工字钢梁，并采用钢筋网对悬挂工字钢进行铺设扎连，随后打设井字形木垛，填充抗压材料罗克休；最后进行喷浆封闭。在进行巷道支护强化时需要注意不得阻碍巷道通风。

2.1.2 5105 巷加强顶板管理

5105 巷位于工作面西侧，临近2103 采空区。当工作面回采至断层影响范围时，要严密观察巷道顶板变形情况，若出现明显裂缝或破碎现象，在巷道近采空区侧巷帮距底板2 m 处打设一排锚杆进行支护，同时在距切眼1370～1410 m 处以间距3.2 m、排距2 m 补打锚索，锚索采用Ф17.8 mm×8 m、Ф17.8 mm×7 m、Ф17.8 mm×6 m型号锚索各一根，呈品字形打设。补充打设锚索布置图如图3。

图1 大断层平剖面图

图2 巷道支护强化布置及参数

图3 补充打设锚索布置图

2.1.3 支架机道宽度调整

工作面回采至断层影响范围时，切眼内45#支架至56#支架之间将会受断层影响，顶板破碎较为严重。为了保证工作面生产时顶板安全，将45#支架至56#支架之间的支架机道调整为2 m，采用追机带压移架的作业方法压缩空顶范围及空顶时间，确保工作面过断层时的安全生产[3-4]。

2.2 采煤工艺优化

2.2.1 伪斜调整

为在工作面过断层时减少其对工作面回采安全的影响，同时降低采煤的含矸量，结合工作面内综采设备性能参数及地质条件，在工作面回采至过断层时，机头端推进速度与机尾端推进速度调整为3:1，直至工作面头尾推进距离相差15 m 时头尾同步推进，使工作面过断层时与断层间的夹角达到19°。当工作面回采通过断层后，机头机尾按1:5的推进速度调整，最终达到工作面头尾相对平齐[5-6]。

2.2.2 仰斜破顶过断层

根据8105 工作面地质资料及巷道实际条件，切眼向外1330～1390 m 为上坡段，刮板机在垂向上可弯折角度在±3°之间，所以，工作面在回采时需要保证机头至机尾之间保持坡度平缓。8105 工作面在过断层时，可从工作面机头端直接破顶，工作面中部以及尾部平缓推进，当机尾端最后40 架揭露断层后，由机尾端再次破顶推进，直到工作面推过断层。工作面整个过断层推进流程以割三刀为一个循环，每循环斜上割两刀，平割一刀，可使工作面破顶0.2 m，经过25 个循环共计75 刀后，共计破顶5 m。期间，工作面采高保持在3.5 m，至工作面回采至切眼向外1390 m 处，顺利通过断层。仰斜破顶过断层示意图如图4。

图4 工作面仰斜破顶过断层

2.2.3 推进方式优化

8105 工作面内揭露的断层上盘岩性为细砂岩，特征呈白色，下盘岩性为砂质泥岩，特征呈深灰色。断层上盘细砂岩厚度在108 架至132 架之间范围较厚，均厚2 m，其余都在0.6 m 以下。断层下盘为砂质泥岩，岩性较为松软，易切割。为使岩石粒度降低，采煤机开动率提升，将原双向采煤方式调整为单向采煤，同时减小割煤深度并随机带压移架，采煤机上行割顶煤，下行清浮煤，采煤机平均每日更换截齿率仅为10%，较之通过放炮破岩时的成本大幅降低，而且还保证了工作面回采时的效率及安全。

2.3 岩层预裂技术

工作面在推进过程中，当揭露的白色细砂岩厚度超过1.4 m 时，可采用岩层预裂技术对揭露岩层进行预破碎。由于新村煤业在此之前没有应用岩层预裂技术的先例，因此没有经验数据可供参考。为了保证岩层预裂技术能够达到预想效果，综合考虑岩层特性、综采设备性能及采煤工艺，制定两套岩层预裂方案。当对细砂岩进行岩层预裂时，设计预裂孔径为42 mm，孔深为2.4 m；对砂质泥岩进行岩层预裂时，设计预裂孔径为42 mm，孔深为1.6 m。岩层预裂方案如下：

（1）当揭露的细砂岩厚度为0.6～0.8 m 时，在揭露岩层上打设一排预裂钻孔，0.5 m 孔距，单排布置；揭露的细砂岩岩层厚度为0.9～1.4 m 时，在揭露岩层上打设两排预裂钻孔，0.5 m 孔距，品字形布置；揭露的细砂岩岩层厚度为1.5～2.6 m 时，在揭露岩层上打设三排预裂钻孔，顶底板1 m 孔距，五花型布置。顶板下预裂孔钻以20°仰角打设，中间预裂孔垂直岩层打设，底板上预裂孔以10°俯角打设。砂质泥岩揭露部分打设单排预裂孔，0.8 m孔距布置。

（2）方案2 预裂孔布置方式与方案1 相同，在方案1 的基础上，适当调整预裂孔孔距。当揭露的细砂岩岩层厚度为0.6～0.8 m 时，预裂孔间距调整为0.3 m；揭露的细砂岩岩层厚度为0.9～1.4 m 时，预裂孔间距调整为0.35 m；揭露的细砂岩岩层厚度为1.5～2.6 m 时，顶底板孔距调整为0.7 m，并根据岩层的完整情况适当缩预裂孔距。当岩层完整性较好时，孔距减小至0.6 m，同时增加100 mm 底孔与底板之间的间距，减少15 mm 顶孔与顶板之间的间距。岩层预裂孔布置如图5。

图5 岩层预裂孔布置图

8105 工作面在过断层期间，均对以上两种岩层预裂方案进行了应用试验，通过在工作面中的应用实践可知，方案2 的实用效果更好，岩石破碎程度比方案1 高74.5%，采煤机日均截齿更换率比方案1 低40%，能够有效提高工作面回采速度，降低材料投入，方案2 的岩层预裂效果更为显著。

3 应用效果

对巷道变形观测发现，工作面超前支承压力影响范围在34 m 以内，受影响较大区域在9～21 m 范围。在工作面过断层期间，2105 巷道顶底板变形量约385～570 mm，两侧巷帮变形量最大为110 mm。5105 巷在经过支护强化之后，顶板无明显破碎变形，底板变形量约为820 mm，两侧巷帮变形量最大为280 mm。

综采工作面过断层技术的应用，保证了8105工作面在过断层期间的回采安全，增加了工作面177 m 的回采距离，除去洗耗率，增加精煤回采量11 万余吨，再减去材料使用以及人工费用，可直接为矿井创造3000 多万元的经济效益。