赵秉真

（汾西矿业正升煤业， 山西 汾阳 032200）

煤炭回采时常遇到断层、褶皱等地质构造，地质构造会破坏煤层顶底板稳定性以及联系性、改变构造附近煤岩体力学性质，从而给煤炭正常回采带来制约[1-2]。传统的采面过断层技术包括有新开切眼法、强行破岩法等，不仅存在回采效率底、综采设备故障发生率高等问题，而且不利于采面顶板管理，采面在回采过地质构造期间容易出现垮落、冒顶等安全事故[3-7]。因此，应根据采面、断层赋存位置关系以及采面设备配备情况采取合适的过断层技术措施，提高采面推进速度以及安全保障能力。文中就以山西某矿15209 综采工作面为工程实例，对采面过断层技术进行探讨，以前为其他矿井回采工作面过断层提供经验借鉴。

1 工程概况

15209 综采工作面设计推进长度为880 m、倾斜长154 m，开采15 号煤层厚度平均4.0 m、倾角6°。15 号煤层顶底板岩性以K2 灰岩、砂岩以及泥岩为主，具体岩性特征见表1 所示。工作面开采厚度为4.0 m，采面U 型通风方式。采用主要综采设备有MG 300/730-WD 采煤机、SGZ-746/264 刮板机、PLM1000破碎机、SZZ-764/110 转载机以及DSJ 100/63/2*110刮板输送机，采面顶板使用型号ZZ 6800/20/42 支架，现阶段采面已回采推进320 m。

表1 煤层顶底板岩性参数

根据回采巷道掘进揭露发现，采面开采范围内共有F1～F4 等4 条断层，且均为正断层，其中F1～F3 断层落差均在0.6 m 以内，不会给采面回采带来较大影响；F4 断层落差超过1.7 m、倾角为45°，断层斜穿整个采面，具体断层在采面内赋存位置见图1 所示。在F4 断层影响范围内顶底板岩性破碎，顶板冒落风险较高，在一定程度上制约煤炭安全高效生产。

2 采面快速过断层技术

2.1 采面过断层技术方法

依据采面与断层位置关系以及断层赋存情况，提出采用爆破俯斜法过断层。在采面回采推进与F4 断层相距20 m 时，采面开始旋转回采。由于F4 断层与采面斜角，采面运输巷侧会率先揭露断层且断层与采面夹角为11°，因此采面在旋转回采过程中以端头支架为基准点进行旋转，旋转后应确保采面、F4 断层平行。具体采面过断层示意图见图1 所示。

图1 采面俯斜过断层示意图（mm）

采面旋转到位后开始留顶破底俯斜开采，为避免破底过程中出现顶板岩层失稳，在采面内布置4 排松动爆破钻孔，钻孔孔深均为1 200 mm、直径43 mm、按照5°俯角施工；第一排钻孔位于顶板下方0.5 m 处，后续钻孔按照2 m 间距、1 m 排距布置，具体俯角松动爆破钻孔布置见图1 所示。钻孔施工完成后，在钻孔内装入300 g 炸药。

采面过断层期间使用分层爆破方式，具体先爆破下层2 排松动爆破孔，每次爆破孔爆破数量控制在5个以内，单茬爆破控制在1.0 m 以内；在采面倾斜方向上爆破长度达到50 m 后开始进行上层爆破孔爆破。松动爆破完成后及时用采煤机清理采面内松动的煤矸石，并前移液压支架支护顶板。

工作面爆破俯斜回采20 m 后揭露断层上盘，此时调整采面回采角度由俯斜开采改为近水平回采。由于断层带内岩层赋存不稳定，采面在过断层期间顶板容易出现冒落问题，为此在断层带前后各5 m 范围内将钻孔爆破深度控制在0.6～1.0 m，钻孔松动爆破完成后使用带压移架方式支护顶板。

当采面在断层上盘回采10 m 后，对采面再次进行旋转，此时旋转以尾部液压支架为基准，确保旋转后的采面垂直回采巷道。

2.2 采面过断层期间顶板控制措施

为提高采面过断层期间顶板以及顶煤稳定性，确保回采安全，在采面俯斜过断层期间综合使用“围岩注浆+撞锲支护+恒阻锚索吊棚”等方式对顶板进行控制。具体支护断面见图2 所示。

图2 采面顶板支护示意图

2.2.1 围岩注浆

注浆使用的设备型号为2ZBQ20/5，注浆浆液选择马丽散，注浆钻孔仰角45°、孔深及间距均为5.0 m；单个钻孔注浆时间控制在10～15 min，注浆压力控制在3 MPa 左右；注浆后用膨胀水泥进行封孔。

2.2.2 撞锲支护

在顶板上布置超前支护钻孔孔深3.0m、孔径30 mm、仰角5°，间距1.0 m；待超前支护钻孔施工完成后，在钻孔内插入Ф25 mm×3 000 mm 玻璃钢锚杆，每3根锚杆由1 根长度为2.5 m的夹板固定到顶板上。待撞锲支护完成后，采面俯斜回采，当回采距离为3.0 m 后开始布置第二排撞锲，直至采面完全回采通过F4 断层。

2.2.3 恒阻锚索吊棚

在采面液压支架前端面空顶位置处施工恒阻锚索吊棚，吊棚平行采面布置；吊棚顶梁为11 号工字钢、长度3.0 m；顶梁采用2 根规格Ф21.6 mm×4.0 m恒阻锚索悬吊、预紧；恒阻锚索布置在两液压支架间，间距为1.75 m。在采面过断层期间使用的恒阻锚索吊棚间距为2.0 m。

3 结论

15209 综采工作面采用俯斜爆破法过F4 断层，并通过“围岩注浆+撞锲支护+恒阻锚索吊棚”等方式对顶板进行控制，现场取得较好应用成果。取得如下主要结论：

1）采用俯斜爆破法过F4 断层较传统的强推硬过法可减少破岩量约0.6 万m3，可显著降低综采设备磨损以及故障发生率，多回收煤炭约1.3 万t，同时采面过断层时间控制在8 d 以内，实现了安全快速过断层。

2）采面在俯斜过断层期间综合使用“围岩注浆+撞锲支护+恒阻锚索吊棚”等支护措施，提供了顶板岩层以及顶煤稳定性，采面在过断层期间未出现冒顶、顶板失稳等情况，同时液压支架始终保持稳定，为采面过断层创造了良好条件。