山东里能鲁西矿业有限公司 山东济宁 272000
摘要：煤矿开采的过程中为保障施工的技术含量和动力系统，通常将综采工作面过段层开采和顶板管理进行关键性操作，然而，地质结构对工作面进行施工的过程有较大的影响作用，容易降低顶板的支护能力。采煤的过程当中，要想更好的解决断层问题，确保采煤工作的顺利进行，就应当做好顶板管理工作，并结合实际状况合理应用采煤技术，才能够确保采煤安全。
关键词：综采工作面；过断层采煤；顶板管理
引言：工作面回采过程中经常遇到断层等地质构造，特别是中小型断层对工作面掘进和回采造成不利影响，通常会导致设备损耗增大，煤炭资源回收率降低[1]。大部分工作面遇到断层时，通常会采用放炮措施强行通过，不利于设备管理和提高回采率，甚至容易发生片帮冒顶事故，影响工作面回采进度。针对近正交断层，采用旋转调斜回采工艺，通过调整回采位置，使工作面与断层平行，并调整综采设备角度集中通过断层，具有较好的应用效果。
1.概述
某煤矿5306工作面位于53盘区中西部，南起53盘区辅运巷，东部为已采5305工作面，北侧为实煤体，西侧为5307回风顺槽。5306工作面切巷设计长度为150m，5306回风顺槽设计长度为1131m，运输顺槽设计长度为1045m，工作面可采长度为980m。5306工作面回采煤层为5#煤层，本工作面煤层赋存较为稳定，煤厚15.30~10.97m，平均12.30m，煤层含1~5层夹石，单层夹石厚度0.1~0.6m。5306工作面采用综放工艺，采煤高度为3.5m，放煤高度为8.8m。地质资料显示工作面回采至809m处时将在头部揭露一条F5逆断层，断层落差为1.5m，倾角为45°，断层对工作面回采影响长度为45m。工作面已回采至800m，位于头部1号~5号支架之间顶板及煤壁破碎严重，最大空顶距为1.7m，造成工作面回采速度慢，顶板维护难度大，威胁着工作面安全回采[2]。
2.综采工作面过断层问题分析
2.1支架支护效果差。
在断层破碎带区支架顶梁对破碎顶板进行支护时，顶梁产生的垂直向上工作阻力进一步加剧了顶板破碎力度，支架阻力越大顶板破碎越严重，造成支架顶梁上方破碎煤体向支架顶梁前、后方移动，导致支架顶梁上方出现镂空现象，支架对顶板支护效果差。
2.2放煤不充分
5306工作面采用直接平推法过F5断层，过断层期间破断层上盘底岩，由于F5断层落差为1.5m，受F5断层影响断层前方煤体上移，而工作面回采煤层厚度为12.3m，工作面直接过断层时断层上盘放煤高度增加，顶煤放煤不充分，未放下的顶煤随着顶板垮落遗留至采空区内，导致采空区遗煤量大，不利于采空区安全管理。
2.3顶板、煤壁破碎严重。
5306工作面采用放顶煤回采工艺，预留顶煤厚度为8.8m，回采过F5断层时受构造应力、回采应力以及周期来压等影响，工作面顶板煤层出现破碎现象，顶板承载能力降低。工作面采煤后，在支架顶梁切顶作用下，端面处顶板破碎严重，而且伴随着大面积片帮现象，不利于顶板安全维护[3]。
2.4超前区顶板断裂。
工作面在回采时，在工作面前方5~10m范围内产生超前应力区，超前应力对工作面超前顶板产生破坏作用。当过断层带时，位于运输顺槽侧煤柱支撑作用力低时，很容易在超前区出现顶板断裂现象，且随着工作面前移，断裂区沿工作面走向方向不断延伸，工作面回采至顶板断裂区时顶板破碎更加严重。
3.综采工作面过断层顶板管理措施
3.1顶板超前支护
（1）为了降低超前应力对顶板破坏作用，工作面过断层期间对顶板施工一排超前支护。为了不影响工作面回采，首先在工作面运输顺槽侧煤壁施工一排超前支护钻孔。钻孔深度为10m，钻孔垂直煤壁，钻孔直径为40mm，钻孔间距为1.5m。整个断层带处共计施工30个。（2）钻孔施工完后依次对钻孔内安装钢针，每节钢针长度为1.5m，直径为30mm，相邻两节钢针采用丝扣式连接[4]。
3.2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。
3.3传统松动炮过断层工艺
松动炮强行通过断层回采方法综采工作面遇到断层时往往采用放炮加采煤机强行回采通过的回采工艺，通常方法如下：
（1）工作面揭露出完整的断层面后，在断层下盘煤层顶板上的采煤机割采范围内施工松动炮孔。孔深1.0m，直径42mm，炮孔方向与回采方向一致。共布置上下两排炮孔，上排炮孔距顶0.3m，下排炮孔距上排炮孔1m，钻孔水平间距为2m。
（2）炮孔施工完毕后，向炮孔内装入乳化炸药，单孔药量为0.3kg，水炮泥封孔，封孔长度0.5m，利用一段电雷管引爆。
（3）断层下盘煤层顶板放炮完成后，采煤机直接进行截割，每刀割采深度0.5m，两个循环后继续施工松动炮，直到工作面通过断层为止。
3.4调斜回采工艺
在工作面完成旋转后即可全部揭露断层，工作面可整体通过断层。（1）切眼从机头至机尾下行回采至距断层14m时，开始调整采煤机角度，使其按-7°进行回采。（2）当采煤机俯采揭露断层下盘煤层底板时，调整采煤机角度进行水平回采。（3）俯斜回采时，需留断层上盘顶煤，厚度0~1.7m。根据以往回采经验，受回采动压影响，留煤难度较大，易造成顶板垮冒事故。基于此，进行注浆加固和撞楔支护对顶煤进行联合支护[5]。俯斜回采时，对顶煤施工注浆钻孔，深度3m，倾角-7°，间距2m。并对钻孔进行高压注浆，浆液材料为聚氨酯粘合剂，注浆压力1.2MPa。
注浆后，在俯斜回采预计留顶煤处，利用长3m、直径30mm的钢钎进行撞楔超前支护。钢钎间距0.5m，排距2m，相邻两排撞楔支护交错布置。
工作面过断层时，对上盘顶煤进行注浆加固，提高了顶煤胶结度，将煤体单轴抗压强度由17.6MPa提至55MPa，避免了顶板垮冒事故的发生。撞楔超前支护保证了切眼支架的初撑力和工作阻力，有效提高了支护效果。
结束语
综上所述，综采工作面遇断层带时，受构造应力、回采应力等影响工作面出现顶板破碎、煤壁片帮、端面距加大以及工作面超前区顶板断裂等现象。液压支架在断层破碎区支护时，对破碎区顶板无法产生足够的工作阻力，支护效果差，且支架移架时很容易发生顶板冒落、倒架等事故，威胁工作面安全回采。综采工作面过断层时，必须根据实际情况采取合理有效的断层带顶板控制措施。
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.
［3］王兴振，贾传席，王继龙.断层地质构造对综合机械化采煤的影响[J].山东工业技术，2019（08）：105.
［4］张建宇.大采高综采工作面过断层安全回采技术[J].江西化工，2019（05）：221-223.
［5］张嘉安.综采工作面过断层施工工艺研究应用[J].山东煤炭科技，2019（09）：70-72.