（晋能控股煤业集团首阳煤矿 山西 048400）

引言

综采工作面的过程当中会有遇到断层带的情况，在这个状态下，由于受到回采应力以及构造应力等因素的影响，容易导致工作面发生煤壁片帮、顶板破碎以及端面间距增加或者工作面的超前区产生顶板断裂的事故。由于在采用液压支架支护断层破碎区的过程当中，没有办法提供足量的工作阻力用于支撑破碎区顶板，由此引发支护效果严重下降。与此同时，在移架支架的过程当中也很容易引发顶板冒落以及倒架的故障，很容易引发工作面回采的安全隐患。因此，在综采工作面的过断层期间应严格遵照实际的情况选择有效的对应措施，比如合理地控制断层带顶板。本研究将选取晋能控股煤业集团（以下简称：晋能集团）的首阳煤矿工作面（15103）作为研究对象，进而提出“聚氨醋纤维网配套JW锚索梁+超前支护”的方案用以工作面过F5断层过程中的顶板进行处理。

1.概述介绍

晋能集团首阳煤矿的工作面（15103）的位置处在一采区的区中西部，南边有一采区辅运巷，北边是小窑破坏区的保安煤柱，在东边是已经采的工作面（15101），西边是已经采的工作面（15102）。具体的工作面（15103）规格如下，其回采煤层是15#，煤的厚度范围约为4.3米至4.9米，平均厚度在4.6米左右，煤层之间含有零至两层的夹石，且单层的夹石厚度范围约为0.1米至1米之间，该工作面的特点是煤层赋存相对比较稳定。设计的工作面的切巷长是约192.5米，设计的运输顺槽的长度是约950米，设计的回风顺槽的长度是约980米，并且工作面的可采长度是约840米。

工作面（15103）综采的工艺是综采一次采全高采煤法，其采煤的高度是4.5米。根据有关的地质资料可知，当工作面回采到位于514米高的地方时会在其尾部暴露一个F5的正断层，其断层的规格如下，倾角约是78度，落差约达2米左右，工作面的回采受到断层的影响约为68米左右。直到约2018年10月22日当天为止，工作面的已回采长度约达514米左右，然而，处在头部的1至5号位置的支架当中的煤壁和顶板产生比较严重的破碎，拉长了工作面回采的时间，降低了速度，增加了顶板维护的难度，对工作面回采过程的安全产生了严重的威胁。

2.关于工作面过F5断层的问题解析

(1)煤壁以及顶板的严重破碎问题

工作面15103选用的采煤方法为综采一次采全高采煤法，在回采过F5断层的时候，由于受到回采应力以及周期来压等因素的影响，容易导致工作面顶板发生煤层破碎，并且降低顶板的承载能力。在工作面采煤之后，基于支架顶梁的切顶作用，会引起端面处发送严重的顶板破碎现象。除此之外，在综采工作面进程中还容易遇到断层带。在此情境下，基于构造力以及回采应力等影响，会引起众多事故，包括比如顶板破碎、煤壁片帮等。

(2)具有较差的支架支护效果

当在断层的破碎带区采用支架顶梁支护破碎顶板时，由于顶梁中存在垂直向上的阻力，会加剧对顶板产生的破碎力度，从而导致支架顶梁的上方发生破碎，并且会移向支架顶梁的前方和后方，由此引发支架顶梁的上方产生镂空，具有较低的支护效果。

(3)超前区的顶板产生断裂

在进行工作面回采过程当中，工作面的前方5米至10米的范围之中会容易产生破坏工作面的超前顶板的超前应力。除此之外，在过断层带的过程当中，处在运输顺槽侧煤柱的支撑作用力较低的时候，很容易在超前区发生顶板断裂。与此同时，伴随工作面的前移会使得断裂区向工作面的走向处发生不断延伸，从而导致更严重的顶板破碎。

(4)放煤的量不充分

工作面（15103）过断层期间破断层上盘底岩，因为断层F5的落差是1.5米，导致断层前方的煤体发生上移的现象。但是，由于工作面回采的煤层厚度达到12.3米厚，使得增加了工作面直接过断层的时候断层上盘的放煤高度，基于顶煤的放煤不够充分，引发未放下的顶煤会滞留在采空区当中累积大量的遗煤，对采空区的安全管理非常不利。

3.控制断层带位置顶板的措施分析

(1)煤层深孔爆破预裂

在煤层与直接顶间之间进行施工深孔并定向爆破。在防止破坏直接顶的基础上，煤层和直接顶之间产生裂隙和工作面煤层相平行。在放煤的过程中由于裂隙产生的作用，导致煤层和直接顶充分地脱落。

当工作面回采到大概514米处的时候，于工作面前方的5米的位置中的回风顺槽侧煤壁进行三个爆破预裂孔的施工。具体而言，三个终孔的位置规格如下，第一个终孔与运输顺槽相距15米，第二个终孔与运输顺槽相距10米，第三个终孔与运输顺槽相距5米。于此同时，所有的预裂孔终孔都处在煤层和直接顶的交接面，并且，每间隔10米会施工一组预裂孔，每组预裂孔的水平投影将位于同一根直线。

在完成爆破预裂孔的施工后，需要在同一组的预裂孔中填装一根定向聚能管（长度是1米），与此同时，还需要焊制4个圆孔（直径10毫米）均匀分布在聚能管的两边。每一组的预裂孔在每次爆破时爆破的顺序是从里向外实现依次爆破，并且，每次允许爆破孔的数量是1个。

(2)铺设聚酯纤维柔性网

工作面（15103）断层带处选取采用的是型号为JDPET600×600MS的聚醋纤维柔性网，其中，规格如下，每一个卷网的宽度是20米，长度是60米，只需要在工作面（15103）过断层的期间铺设聚酯纤维柔性网。

在聚醋纤维柔性网铺设的设置方面，沿着工作面的倾向方向进行铺设的宽度大约是10米左右。当工作面回采到约514米的位置，应在支架顶梁的前方铺设一卷纤维网，与此同时，采取单锚杆对此固定，并保持锚杆之间的距离为3米，总共进行7根的施工。在固定好聚醋纤维柔性网之后，在端面破碎顶板的地方施工一排由两根长是4米的锚索和一根JW型钢梁构成的“JW”型锚索梁，其中，在布置的过程中应保持锚索梁和工作面相互平行，并且每排布置间距1米共施工5架。

图1 工作面（15103）过F5断层顶板的联合控制措施解析

固定好工作面端面处的纤维网且第一排的JW型锚索梁施工完毕之后，将继续进行工作面的回采。与此同时，在回采的过程当中将纤维网和顶梁吊挂，移架的时候把纤维网向煤壁铺展，在移架之后确保支架顶梁、纤维网和锚索梁相互紧密接触。详情如图1所示，每当工作面回采2米时需要对端面顶板进行一排JW型锚索梁的施工。

(3)顶板超前支护

为了有效减缓超前应力对顶板产生的破坏，需要工作面过断层期进行顶板施工一排的超前支护。为有效降低对工作面回采的影响，应施工一排超前支护钻孔于工作面的运输顺槽侧煤壁处。

在钻孔的施工结束之后还需在钻孔内依次进行钢针的安装，其长度是1.5米，直径是30毫米，并且采用丝扣式对相邻的两节钢针进行连接。

4.研究结论

基于对处在断层带的顶板厚煤层进行深孔爆破预裂之后，由于工作面在后期回采中断层带上盘厚煤层发生充分垮落，引起采空区出现大量遗煤等问题。基于在端面破碎顶板选用聚氨醋纤维网并且配套JW型锚索梁能够有效减缓端面顶板发生破碎现象，并且改善煤壁片帮。与此同时，确保工作面的移架过程当中顶板和支架顶梁之间进行充分接触以提升支护的效果。除此之外，基于工作面的煤体处装备超前钢针进行支护，能够有效提高超前应力区顶板的稳定性以确保安全高效地进行工作面回采。