综采工作面过断层 下分层综采工作面过煤柱和断层群开采技术

　　摘 要：本文对平煤股份一矿戊90-31020工作面过煤柱和断层群开采技术进行了分析、总结和研讨，解决了煤柱段巷道支护、过断层期间顶板控制、两巷管理等技术难题，实现了采面的安全生产。
　　关键词：下分层；综采；煤柱；断层；支护
　　一、 试验工作面基本情况
　　平煤股份一矿三水平戊一采区的戊90-31020工作面地层为一走向北倾斜的单斜构造，煤层倾角7～10°，根据风、机巷及上分层回采揭露地质资料分析，该工作面断层较发育，均为正断层，走向以北东向为主，落差在0.6～4.0m。上分层戊8-31020工作面回采过程中，由于受落差H=2.0～8.0m的五条断层的影响，回采过程中进行了跳眼搬家，留下走向长度270m的煤柱。下分层戊90-31020工作面回采时，仍受该断层影响，且煤柱段两巷压力大，管理十分困难；同时，所有采煤工作面的跳眼均在断层群影响下进行，所以研究工作面过断层群措施具有重要意义。
　　1#断层与风巷夹角小，在工作面内延伸较长，将在断层与机尾之间形成薄煤区；2#与3#断层在工作面内相连，且位于煤柱下，对回采影响较大。该工作面内戊9、戊10煤层大部分为合层，在东部有少部分为分层，戊9煤平均厚度1.2m，戊10煤平均2.6m。设计采高为3.4m。工作面走向长1500m，倾斜长146m，可采储量91.8万t。工作面无伪顶，直接顶为灰色泥岩，厚2.8～96.5m；老顶为灰色砂质泥岩，厚5.4～20.6m。相对瓦斯涌出量为5～8m3/min，按高沼区管理。
　　工作面机、风两巷采用锚杆、锚索联合支护。风巷原设计巷宽4.0m，高2.4m；机巷设计巷宽4.2m，高2.2m。煤柱段在原锚杆、锚索联合支护的基础上采取架梯形工字钢对棚、棚间距0.8～1.0m加强支护。
　　戊90-31020工作面主要设备配置如下：ZY3200-17/37型液压支架98组，工作阻力为3200KN，初撑力2600KN；工作面运输机为SZZ-764/200型双中链刮板运输机，MGTY-300/700型电牵引采煤机。
　　如图所示，2#断层为正断层落差H=2.0m，倾角为45°，倾向278°，断层与工作面方向平行，该断层在工作面机尾整个同时暴露。3#断层为正断层落差H=4.0m，倾角为40°，倾向302°，该断层会在工作面机尾向下35m处与2#断层连接暴露向机头方向延伸。预计影响范围走向40m左右，对回采有较大影响。
　　二、 回采巷道围岩和工作面控制技术
　　断层中通过上分层煤柱回采主要是解决在煤柱压力作用下引起的工作面两巷压力大、切眼煤墙片帮、瓦斯涌出、断层面附近煤岩层松软、两巷变形量增大带来的影响安全生产的不利因素。
　　2.1 煤柱段两巷掘进支护设计
　　一矿戊组主要可采煤层有8、9、10等三层煤，戊8厚1.4～2.7m，平均2.1m；戊9厚1.1～2.0m，平均1.2m；戊10厚2.0～3.2m，平均2.6m；部分区域戊9、戊10煤层为合层。合层区戊9-10煤层厚3.5～3.8m，戊8、戊9煤层间距2.8～4.0m，其岩性为灰及深灰色泥岩及砂质泥岩。
　　由于戊8、戊9（戊9-10）煤层间距小，戊8煤层开采对底板的破坏作用，使得戊9煤层巷道顶板破碎，巷道支护难度加大，故在开采戊9-10煤层时原采用钢棚支护，巷道变形严重，制约了单进水平的提高，加大了成本投入；同时，由于巷道变形量增大，有效断面减少，影响通风、行人、运输等诸多环节，给生产带来了安全隐患。为此在戊9-10-31020风、机巷进行高预应力锚杆与桁架支护系统支护试验。
　　风、机巷在戊8、戊9煤层间距大于4.0m时，原采用宽×高=3.6×2.7m的矩形锚网梁支护。并采用15.24×6m锚索作为辅助支护，若遇顶板破碎，戊8、戊9煤层间距小于4m，不适合打锚杆时，采用梁×腿=2.8×2.8m的梯形工字钢支护，该面停采线以外所有掘进巷道及戊8-21180工作面跳采段以下巷道均采用大拱型U29金属棚子支护。如果煤层间距变化大，已施工的巷道，锚网成兜下沉，两帮切顶，应采用套梯形对棚加固。然而，由于不可预见的垂直节理的可能存在，特别是在节理方向平行于巷道掘进方向和层间距较小的情况下，当长壁工作面回采时，在超前支承压力的影响下，顶板可能出现大面积冒落。在层间距较小的条件下，由于上层煤采空区的存在，锚索作为辅助支护将失去作用。
　　2.2 桁架系统与预应力锚杆支护围岩机理分析
　　桁架系统是一种控制巷道顶板、巷道两肩和侧帮变形的联动结构，该组合式桁架结构不仅能改变巷道围岩的受力状态，而且还可以有效地限制巷道顶板的变形，将顶板的变形延伸至巷道两侧。实现了主动支护，是一种主动支护系统。
　　2.2.1 支护方案
　　戊90-31020风巷断面为梯形，巷道顶板设计采用JMM桁架系统配合高预应力锚杆、菱形金属网、W钢带组合支护；两帮采用W钢带、金属网配合预应力锚杆支护。
　　2.2.2 支护参数
　　顶板锚杆长度为2200mm，帮锚杆长度选择为2000mm。锚杆的预应力值为6t，桁架系统的预应力值为10t。选择顶板锚杆直径为20mm，帮锚杆直径为18mm，杆材为Q500钢。考虑到顶板比较破碎，顶板布置5根锚杆。为加固两帮，在上帮布置4根锚杆，下帮布置3根锚杆。W钢带型号为JDW275-2.75，宽度为275mm。巷道支护如图。
　　2.3 回采期间风、机巷采取技术措施
　　风巷的泵站和机巷的大转载机的拉移，受到巷道变形影响问题的解决方案如下：
　　2.3.1 风巷的泵站拉移
　　主要采取延长泵站以里的电缆、油管，增大泵站的拉移距离，提前将泵站拉移到巷道变形严重段以外。将泵站的拉移距离由原来的50m增加到150m，直接将泵站拉移到压力严重影响区域以外。
　　2.3.2 机巷转载设备的调整
　　解决方案：进入煤柱区前，将桥式转载机提前拉至距端头40m范围的动压影响严重区域以外，桥式转载机以里铺设50m长的40T掐接式小转载机，每20m拉移一次。同时辅以加强支护、拉底工作。
　　2.3.3 两巷围岩控制
　　对于风机两巷受煤柱及断层影响，巷道下顶板沉量、帮位移量大的问题，通过研究采取以下措施处理：
　　A 风巷超前支护双排支护增加到100m，机尾外10m挂铰接梁，外90m采取在原工字钢梁下打两排点柱的方法支护。
　　B 机巷在原架工字刚棚子间再架一道棚子，工作面运输机机头外20m范围采用两帮打两排工字钢托棚，向外采用直径不低于180mm，长度不低于2.6m的圆木在下帮打点柱。对底鼓严重地点拉底。
　　2.4 过断层期间工作面围岩控制
　　过断层期间坚持工作面切眼顶板与两巷的顶板保持一致，保证两端头工作面切眼顶板同巷道顶板不出现错差。
　　这两条断层在煤柱范围内，由于压力大，煤层间的夹矸及煤层受到压力的作用变得松软，要加强断层段的顶板管理。在工作面推进到距断层面10m时，在预计断层影响段内提前铺双层金属网，并随着断层的延伸及时将双层金属网延伸。
　　三、 工业性试验结果
　　戊9-0-31020工作面过煤柱区历时3.5个月。通过对以上措施的严格实践，效果明显。过影响走向50m、在工作面连为一体的落差2.0m的2#断层和落差4.0m的3#断层只用了22天时间，并且期间无发生冒顶和工伤等安全事故。采用工作面断层中通过上分层煤柱回采技术以后，缓解了矿井接替紧张局面，提高了煤炭资源回收率，为其他工作面煤柱下煤炭的回收提供可借鉴的经验，打下了坚实的基础。提高了煤炭资源回收率，增加了企业的经济效益。