张川
攀枝花煤业（集团）有限责任公司 四川 攀枝花617065
摘要：综采工作面在揭露断层时，受断层剪切破坏的影响，断层面两侧煤岩体力学性质发生变化，破坏了煤岩体的整体连续性、稳定性及其承载作用，断层附近形成应力破碎区，在过断层期间顶板出现破碎、断裂、冒落等现象。液压支架在过断层破碎区时由于顶梁不能对大面积稳定顶板进行支护，导致支架初撑力、工作阻力不足，降低了支架支护效果，加大了支架移架难度。所以，综采工作面在过断层时必须对顶板采取合理、有效的联合控制措施。
关键词：综采工作面；断层；破碎顶板；联合支护
引言
综采工作面在回采期间经过断层带时受到地质构造、采动压力及顶板压力的作用，常常出现断层带顶板大面积破碎，随着工作面回采至断层带内，顶板破碎情况更加严重，一旦顶板大面积破碎，周围顶板会形成围岩松动圈，局部破碎区域内的岩石胶结性迅速下降，顶板会大面积垮落，由于受顶板压力作用，煤柱煤壁会出现片帮，工作面在回采过程中支架移架难度较大，如果支架不能及时对破碎区域进行支护，很容易发生顶板下沉事故。
1力学模型的建立
14207工作面的顶板为泥岩，并伴有少量的粉砂岩或细砂岩。当工作面推进到断层区域时，由于断层的存在，地质条件发生急剧变化，工作面顶板裂隙发育带高度增加。原有的支护方式难以对工作面上方软弱顶板的变形起到控制，形成了软弱顶板的悬臂梁结构，最终因悬臂梁的破断发生断层区域大面积失稳，引发冒顶事故。通过建立正断层力学模型对发生的这一现象进行研究:①为便于研究将该区域三条正断层简化为一条正断层;②断层走向与煤层走向一致，且煤岩是均质连续弹性体。正断层简化模型如图3所示;③将工作面直接顶看作厚度为h的整体连续梁，外端为固定端约束;把直接顶作为研究对象，按平面应力问题近似求解。
2综采工作面过断层时的顶板控制措施
2.1铺设金属网
a)为了防止断层处端面顶板出现整体冒落现象，决定在断层破碎带处铺设12#铅丝编制的棱形金属网进行护顶。b)每卷棱形金属网长度为6.0m，宽度为4.0m，相邻两卷金属网采用铅丝五花连接，网与网搭接宽度为0.3m。c)在工作面端面顶板施工一排W型钢带进行压网，钢带长度为5.0m，每排施工3根钢带，每根钢带上配套施工5根锚杆，并将其与顶板固定，锚杆长度为2.0m，直径为22mm。d)工作面推移2.0m后，对顶板施工一排钢带进行压网。采煤机割煤时，及时将金属网收起吊挂在顶梁上，割煤后放下金属网对端面顶板和煤壁进行维护，并使支架顶梁支撑金属网擦顶移架。
2.2断层破碎区域顶板控制措施
1）工作面在正常推进经过断层带后，根据顶板情况适当的缩短采煤机切割深度，由原来的的0.8m/刀缩短到0.4m/刀，采煤机割煤时必须由经验丰富的司机对工作面进行留底，确保支架在推移过程中不会陷底，支架在推进过程中要保持带压擦顶移架。2）由于工作面在进入断层带后顶板破碎严重，支架压力较大，为了能够确保支架正常推进，维护顶板的稳定性，工作人员对工作面顶板进行临时控制，技术人员采用支架托梁法对工作面顶板进行控制。首先在相邻三个支架前施工三根长度为6m工字钢梁，支架在推移过程中要保证支架与钢梁接触严密后再进行推进，该措施不仅能够大大提高支架的前移速度，还能够保证在推进过程中顶板不会支架砸坏支架顶梁。3）在工作面在进入断层带900m处后顶板破碎更加严重，支架压力更加大，为了能够确保支架正常推进，维护顶板的稳定性，工作人员对工作面顶板空顶处进行超前支护，技术人员采用掏槽插梁法对工作面顶板空顶进行控制。
首先工作人员在相邻三个支架煤壁侧顶部施工一排槽窝，然后将长度为3.5m钢梁一端与支架顶梁搭接，另一端插入槽窝，该措施不仅能够大大提高支架的前移速度，还能够保证在推进过程中顶板不会出现大面积垮落。
2.3煤层深孔爆破预裂
（1）通过对煤层和直接顶之间的界面施工深孔，进行定向爆破，在不破坏直接顶的作用下，在煤层与直接顶之间产生裂隙，裂隙与工作面煤层平行，放煤时在裂隙作用下煤层与直接顶充分脱落。（2）工作面回采至800m，在工作面前方5.0m处的回风顺槽侧煤壁施工三个爆破预裂孔。第一个终孔位置距运输顺槽15m，第二个终孔位置距运输顺槽10m，第三个终孔距运输顺槽5.0m。所有预裂孔终孔位于煤层与直接顶界面处，每组预裂孔水平投影在同一条直线上，每隔10m施工一组预裂孔。（3）爆破预裂孔施工完成后，对同一组预裂孔内填装一根长度为1.0m定向聚能管，在聚能管两侧各均匀焊制4个直径为10mm圆孔。每个聚能管内填装一支矿用乳化炸药及毫秒延期电雷管，每组预裂孔每次允许爆破孔数为1个，且从里向外依次爆破。
2.4煤壁注浆
在工作面内沿着煤层倾斜方向布置2排注浆钻孔，其中上排注浆钻孔与煤层顶板间距0.3m、下排钻孔与底板间距1.0m，上排钻孔主要起到加固顶板作用、下排钻孔起到加固煤壁及顶板作用。钻孔间距为8.0m，钻孔孔深均为10.0m，上排仰角为15°、下排为5°，注浆浆液为水泥浆、压力3MPa。钻孔封孔长度为2.0m，并根据钻孔注浆浆液漏失情况以及注浆量确定最佳封孔时机。在注浆过程中在煤壁上布置柔性纤维网维护煤壁稳定、同时不会给采煤机割煤带来不利影响，确保注浆工作安全开展。
2.5深浅分带刚柔耦合注浆技术
1)在工作面顶板断层区域表面通过钢筋网喷射混凝土构建工作面顶板强韧封层。强韧封层可以及时填平工作面顶板断层区域裂隙，使其受力均匀，形成一个保护层，防止注浆时浆液的泄露。2)向工作面顶板深部微裂隙带中注入有机柔性发泡浆液，将深部围岩进行原位改性形成一定厚度柔性减压支护层，在深部高应力作用时可及时释放高能量，维持塑性硬化承载区在工作面顶板断层带浅部附近，恢复围岩完整性且提高工作面顶板自承能力。3)通过在浅部围岩中注入无机刚性浆材，对浅部破碎围岩体进行恢复性加固，形成的注浆体具有高强高刚较高抵抗变形的能力，有利于浅部岩体形成厚锚固板承载结构。4)工作面顶板围岩体中形成了深浅刚柔不同带注浆层，浅部注浆层形成高强度板状承载结构，深部注浆层原位改性为柔性减压层，深浅双支承结构耦合支护，增强了工作面围岩的完整性，维持工作面顶板的长期稳定性。根据现场顶板窥视发现:断层带区域浅部破碎带岩体主要集中于0～2m范围内，微裂隙带岩体主要集中于2.5～5.6m范围内，根据模拟实验预测围岩破碎带与裂隙带范围有进一步扩大的可能性，结合工程实际条件，采用深浅孔交错布置方案，深部注浆孔6m，浅部注浆孔2.4m，浅孔注浆压力为2.5MPa，深孔注浆压力5MPa，从而实现了一种在断层区域顶板破碎的工作面的深浅分带刚柔耦合注浆支护方案。
结语
（1）通过对断层带处顶板厚煤层采取深孔爆破预裂后，工作面在后期回采中断层带上盘厚煤层充分垮落，解决了厚煤层放煤不充分，导致采空区遗煤量大等难题。（2）对端面破碎顶板采取聚氨酯纤维网配套JW型锚索梁后，大大改善了端面顶板破碎以及煤壁片帮现象，端面距减小至0.5m以下，工作面在移架时保证了支架顶梁与顶板充分接触，增加了液压支架工作阻力，提高了支护效果。（3）在工作面煤体布置超前钢针支护后，提高了超前应力区顶板稳定性，削弱了超前集中应力对顶板破坏作用，保证了工作面安全高效回采。
参考文献
［1］许萧楠.综采工作面过大断层探究[J].能源与节能，2020（01）：98-99.
［2］王晋.综采工作面过断层破碎带施工技术研究[J].自动化应用，2019（11）：130-131.