綜采工作面過斷層綜合防治水技術應用

苗 瑤

（潞安化工集團慈林山煤業有限公司慈林山煤礦，山西 長治 046000）

煤礦井下采掘過程中，地質構造會威脅到礦井的安全生產，特別是斷層，往往是天然的導水通道[1-5]。采掘工作面遇見斷層時，若臨近煤層存在老空積水或附近地層富水的，也往往會使工作面涌水量突然增加，導致排水系統失效，引發礦井水害?；诖?，在慈林山煤礦9109 綜采工作面回采過程中過F3正斷層期間，對水害防治技術進行研究，對保證礦井安全生產具有重要意義。

1 工程背景

1.1 工程概況

慈林山煤業綜采9109 工作面位于一采區，北部為9107 工作面采空區，南部上距何家溝村135 m，東部為礦井井田邊界，西部為9#煤三條大巷（運輸大巷、回風大巷和軌道大巷）。9109 工作面巷道均沿煤層頂板掘進，工作面皮帶巷長702 m，軌道巷長712 m，切眼長150 m。工作面沿煤層走向布置，標高為+840～+890 m。該工作面為下組煤9#煤層工作面，煤厚0.00～1.66 m。平均1.12 m。

9109 工作面位于3#煤層采空區的下方，上距3#煤層38.45～64.20 m,平均56.34 m。3#煤層開采時正常涌水量為80 m3/h，最大涌水量為180 m3/h，目前采空區涌水量基本穩定在120 m3/h。采空區的補給水源為第四系松散層潛水及基巖裂隙水。F3正斷層處9#煤開采導水裂隙帶，能導通3#煤層采空區積水，9109 工作面開采過程會受3#煤層老空區積水的威脅。

1.2 斷層特征

根據巷道順槽顯示，F3正斷層位于9109 工作面運輸巷488 m 處，走向NW309°，傾角∠65°，落差約0～10 m。據地質鉆探顯示，3#煤層和9#煤層間含水層富水性弱，鉆孔通過該段基巖未見出水，部分鉆孔穿過3#煤層采空區時，見老空水，因此，回采至斷層附近處，易出現老空積水水害。

2 F3 斷層處水害產生機理及防治措施

2.1 斷層水害產生機理

9109 綜采工作面F3斷層處煤層厚度約1.6～2.0 m，平均1.8 m，采用走向長壁后退式開采，一次采全高、綜合機械化采煤法?；夭蛇^程中，受采動影響，工作面頂板導水裂隙帶會導通上方的3#煤層老空水，造成大量涌水進入工作面，形成水害。其防治難度取決于導水裂隙帶的發育程度和規律。根據礦井以往采掘實踐，工作面在采前和采后的水位探查數據，在推進60～90 m 后，導水裂隙會與富水層貫通，即在回采期間，采空區出水點一般位于工作面后方60～90 m 的采空區，架前一般不會出現含水層大量涌水。

9109 工作面皮帶巷回采365 m，軌道巷回采357 m 時，工作面23#支架處揭露F3斷層，上下相鄰支架出現漏頂和涌水量突然增大的情況。隨著工作面向前推進，斷層逐步揭露，工作面頂板應力顯現明顯，頂板出現破碎、漏頂等現象。F3斷層帶附近圍巖穩定性進一步遭到破壞，使導水裂隙帶進一步發育，直至導通富水層，大量涌水進入工作面和采空區，架前、架間與架后的淋水量出現突增。斷層處破碎頂板受徑流沖刷作用，頂板完整性進一步受到破壞導致冒頂，冒頂所形成的通道成為涌水的主要通道。

2.2 斷層處水害防治措施

根據斷層處水害產生機理分析，工作面煤層頂板導通上覆3#煤層老空區是工作面水害發生的最主要原因。結合礦井回采實踐，3#煤層采空區積水是工作面防治水的重點。針對斷層發育特點和工作面水害產生因素及影響特征，形成頂板超前維護結合老空水及時疏導的水害綜合防治方案。過斷層前，重點進行頂板維護管理，通過在斷層處頂板預注漿加固和頂板超前支護進行頂板加固；過斷層期間，通過改變推采方式、滯后疏導老空水、優化排水系統等手段，對突水疏排進行綜合治理。

3 水害防治工程實踐

3.1 過斷層前

（1）工作面煤層頂板超前支護：為保證頂板完整性，提高圍巖支撐強度，降低導水裂帶隙發育高度，架間空隙處頂板采用錨網索方式進行加強支護。錨索選用φ21.8 mm×7 100 mm，托盤選用300 mm×300 mm×16 mm，鎖具選用KM22 型。施工時，與煤壁呈60°水平夾角，同時配合使用金屬網片進行頂板維護。

（2）預注漿加固：距斷層15 m 時對工作面煤壁進行超前預注漿施工，以增強斷層圍巖結構穩定性。注漿材料選用礦用SCPJG-2 型復合型加固材料，該材料由A 和B 兩種物料組成。注漿孔施工選用MQT-130 錨桿鉆機，以180°方位角在支架前方煤壁進行施工，鉆孔高度為1.6 m，鉆孔間距為1.59 m，孔徑φ42 mm，鉆孔深度6 m，花管長度1.5 m （由4 分鋼管加工）。封孔使用專用封孔器，封孔深度2 m，注漿孔施工角度呈水平夾角45°。施工時應注意，在每個鉆孔施工完畢后立即進行注漿，并嚴格按照A、B 材料進行配比；若發生漏漿，可先暫停15～30s，然后再注漿；若按此法仍漏漿，則停止注漿作業，可在注漿孔中間位置，重新施工鉆孔，再次注漿。注漿鉆孔如圖1 所示。

圖1 注漿鉆孔

3.2 過斷層期間

（1）改變推采方式：在9109 工作面接近斷層時，調整原有回采推進方式，以擺采方式（“波浪式”推采）進行推進。即沿走向方向利用工作面安設的激光，先以每刀進尺保持0.2 m 仰采的方式進行工作面整體抬高，進尺5 刀后（即工作面整體抬升1.0 m），進行工作面調平。當工作面液壓支架底座全部調平后，再以每刀進尺保持0.2 m 俯采的方式進行工作面整體調低，當上下出口與工作面底板呈水平狀態，即視為完成單個推采循環。通過多個推采循環后，能夠人為設置出多道圍堰，將水煤泥通過采空區沉淀后，再由兩巷水溝流至排水點，進入排水系統后排出。

（2）滯后疏導老空水：9109 工作面風巷在機尾出現涌水后，通過人工深挖擴刷水溝、采面機尾抬高、設置攔水袋等措施，實現風巷老空水與工作面運輸系統的隔離，水煤泥不再與老空水混合，有效提升風巷排水系統運行的穩定性和安全性，降低因為水泵頻繁更換對生產的影響，實現“零水害”安全生產。

（3）完善排水系統：9109 工作面在完全通過斷層和巷道最低點前，大量煤泥間雜碎巖排放至水倉，產生的淤積清理難度大，水泵排水效率大為降低，且水泵及管路備品備件不足，會進一步引發排水系統功能不足，工作面正?；夭珊茈y有序開展。因此，對原排水管路進行升級改造。首先，增設一套30 m 軟連接裝置，保證巷道最低點處水泵出水口能夠在異常情況下連接至主管路；其次，增加備用水泵數量，確保一趟管路至少配套2 臺水泵，且未完全通過斷層和巷道最低點前不得提前撤回兩巷排水管路。

3.3 應用效果

過斷層期間防治水措施實施后，頂板得到有效控制，特別是斷層處頂板，未產生類似以往的片幫、冒頂等情況，頂板淋水和老空水問題也得到了解決。9109 工作面順利通過F3正斷層，整個回采過程沒有發生老空透水危害，綜合防治水措施效果顯著。

4 結論

1）在煤層回采過程中，圍巖受采動影響，特別是在遇斷層構造時，往往伴隨頂板破碎，引發冒頂等事故。過斷層構造帶不僅頂板管理難度大，且斷層帶破碎圍巖及泥沙會沿斷層面涌入工作面架前，在高應力和上覆老空區積水滲流持續沖刷作用下，斷層導水通道逐步擴大，涌水逐漸增大將造成水害。

2）通過在斷層處工作面煤壁及頂板采取超前預注漿支護，有效增強圍巖整體性，提升承載能力，降低回采推進過程中斷層所受擾動影響，弱化斷層活化程度；改變以往推采方式，采用“波浪式”推采，能夠高效地將水煤泥在行采空區沉淀，提升排水效率；滯后疏導老空水，實現水煤泥與老空水分離，在提升排水系統運行效率的同時，實現回采工序的連續性； 增設軟連接裝置和排水設備備品備件，提升了排水系統的整體抗災能力。該綜合防治水措施在9109 工作面過斷層時應用效果顯著，可為礦井其他工作面水害治理提供重要參考和借鑒。