摘要：为了提升华盛能源集团6134大倾角工作面过断层作业的安全性，决定在井下采用物探+注浆加固+卧底留顶过断层的联合综采作业技术。在井下首次采用了马丽散做注浆料提高破碎围岩的强度，首次采用卧底留顶过断层法，提高了过断层稳定性。通过实际应用效果分析，新的综采技术方案能够有效保证过断层回采的安全性，为其他矿过断层回采提供了一定的借鉴。

　　关键词：大倾角；过断层；注浆加固；综采作业

　　1煤矿地质情况分析

　　山西宁武大运华盛能源集团6134工作面围岩煤矿+1142 m水平六采区，平均水平走向的长度是704m，工作面的平均倾斜长度为187 m，工作面的平均倾斜角为36.8°,该综采面上的煤层平均厚度是4.1m。煤层厚度由北到难呈现了逐渐变薄的趋势，该工作面的整体结构稳定性较差，含有多个夹矸层。煤层为单斜构造，节理不发育，煤层的铺设硬度为1.6 m。经过地质勘探，在该综采面上共包含了3个断层带，F8号断层高度最大，达到了2.4 m。根据综采方案，6134工作面再继续回采80 m就会到达F8号断层。为了提高过断层综采的安全性，华盛能源集团进行了专项技术攻关研究，保障了综采作业的顺利进行。F8号断层剖面结构，如图1所示。

　　2过断层前准备

　　由于井下煤层为大倾角断层，因此按传统的过断层控制方案容易导致出现坍塌，因此在对工作面过断层制定可靠的综采技术方案前，需要进行充分的过断层前准备工作。通过物探方法确定过断层的影响范围，最后再对易碎裂带进行加固，提高其整体的稳定性[1]。

　　2.1过断层影响范围确认

　　对过断层影响范围的确认主要是通过物探技术来进行的。为了提高勘探的效率，采用了WKT-1型无线电波透视仪进行勘探。在勘探时利用0.6 MHz的勘探频率进行定点测试，发射点设置到距离井下运输巷约5 000 mm的位置，每个测试点之间的距离设置为15 m，累计勘探异常影响区域约8000 m2。井下所勘探的断层影响范围，如图2所示。

　　2.2断层区域注浆加固

　　由于井下工作面的整体结构稳定性较差，因此在进行注浆加固时采用了渐进式的注浆加固方案[2]。在进行注浆孔布置时，按最短路径原则，结合井下断层的具体位置情况，把注浆孔设置在上巷距离切眼约500 m的位置及下巷距离且眼孔约600 m的位置，共计2组注浆孔。

　　相邻注浆孔之间的距离设置为3 m，下侧的孔和巷道底板的距离保持1 100 mm，上侧的孔和顶板的距离保持在2 000 mm。注浆孔的深度要大于断层2 m以上，因此注浆孔深度设置为5 m，从而保证注浆后加固的可靠性。井下注浆孔布置结构，如图3所示。

　　在注浆料选择上。为了提高注浆料进入岩石后的扩散速度，提高固化强度[3]。因此在对水泥注浆料和马丽散注浆料的性能综合对比分析后，确定采用马丽散注浆料作为注浆加固材料，该注浆料是由树脂和催化剂混合而成的，其流动性比同类别的水泥注浆料提高了7.6%，凝固强度达到了水泥注浆料的99.4%，因此能够加快井下的注浆效率，同时注浆料能够渗入到更小的缝隙中去，提高注浆加固的稳定性。

　　在注浆参数选择上。由于采用的是渐进式注浆加固结构，注浆压力选择为3 MPa，注浆时间控制在30 min以内，每个孔内的注浆量在50 kg左右，而且在注浆的过程中需要全面监控并在注浆口处设置返浆装置和卸压装置，如果监测到有浆液渗漏的情况，要马上停止注浆[4]。

　　3过断层技术

　　结合井下工作面的状态，提出了一种在华盛能源集团没有应用过的方案—卧底留顶过断层法，在过断层时从下盘进入到上盘，利用采煤机来把断层上盘顶板。结合井下的实际勘探，断层破碎带的应用范围最大约为25 m，因此在过断层采煤时，需要对在断层25 m范围内使用阶梯式采煤机工艺，采煤机下行割底煤、前滚筒沿着顶板截割而后滚筒则无需沿着底板截割，该割煤方案能够形成稳定的割煤台阶[5]。

　　在过断层区域内，从下盘进入到上盘时，拉底量按100 mm/刀，推进时的倾角设置为3.5。，在综采过程中需要根据井下的实际情况，灵活调整顶刀和底刀，从而保证截割的可靠性。整个截割过程中的调整情况可以总结如下：

　 （1）顶刀调整。在变坡点1处使滚筒下降，在变坡点2处使滚筒上升，每次调整时滚筒的上升或下降的幅度不能超过180 mm，要保持缓慢平顺的过渡，最终使顶刀的截割方向和顶板相同。

　 （2）底刀调整。在采煤机运行时，在变坡点1的位置，将过度斜长变为8 mm，调整角为2。，变化的幅度为300 mm。在变频点2处，要和变坡点1维持一致并把底煤的厚度预留为250 mm。在截割作业的过程中，若断层位置的倾斜角和落差高度变小时，可以以距离运输巷140 m的位置为起坡点，以2。为起坡角，将斜长调整为40 m。

　　井下过断层前坡度调整方案如图4所示。

　　4过断层安全技术

　　为了确保过断层时作业的安全性，结合理论分析和实践经验，针对性的提出了防飞石方案、防支架倒滑方案及作业安全技术方案。

　 （1）防飞石方案。断层区域的岩层较为脆弱，因此在过断层区域需要采区特别的防护措施，比如将支架间隙均调整到120 mm以内，同时加挂双层金属防护网并用铁丝连接为一个整体。

　 （2）防支架倒滑方案。由于过断层区域位置的作业面倾斜角达到了36。左右，因此支架在使用过程中极易出现倒滑。因此在支架上设置了专门的防倒滑装置，在防倒滑装置作用下支架产生了放倒作用力F1、F2以及防滑作用力F1、F2，通过综合约束的方案实现了支架的防倒滑。支架防倒滑结构如图5所示。

　 （3）安全技术方案。在过断层期间，采高的控制应控制在3 000 mm以下，尽量远离破碎度较高的顶板。减小采煤时的截割阻力。同时需要加强对上下安全出口位置的顶板管理。

　　在移架前需要按照点检表对防飞措施进行一一点检并确认状态完好，移架时候需要保证“三直一平”严禁出现断层处滞后情况。移架的过程中需要注意观测每个支架的状态，需要确保每个支架状态稳定后才能开始下一个支架的移动[6]。

　　顶板破碎时降柱和移架需要密切配合，滞后采煤机下滚筒3架并且要保持移架的及时性。加强断面距的控制要小于350 mm，移架以后及时把支架的护帮板打开，以防止在作业过程中的片帮事故。

　　在采煤机过断层综采过程中，需要对采煤机的截割状态进行实时监测，可以将其截割速度调整到正常截割速度的70%，防止过快综采产生的扰动影响巷道的稳定性。

　　5应用效果分析

　　截止2022年11月，井下工作面已经完全通过断层区域，通过对断层区域进行注浆加固、卧底留顶过断层法综采后，发现该新的过断层方案满足华盛能源集团井下的安全综采效果[7]。

　 （1）围岩稳定性。通过对过断层区域的围岩状态的分析，在过断层前围岩顶板的破碎度较高、稳定性差，设计的截割深度为0.6 m实际达到了1.5 m。当采用新的过断层加固和综采作业方案后，岩层的稳定性得到了显著提升，煤岩的最小粒径提升到了0.5 m，截割深度和实际的偏差量小于1%。

　 （2）围岩变形量。在过断层区域内设置了围岩变形监测仪和片帮监测仪，对应用前后的围岩变形情况进行监控。通过监测发现，在优化前顶板的下沉量达到了504 mm，最大片帮深度为1 500 mm。优化后顶板的下沉量控制在了130 mm以内，降低了74.2%。最大片帮深度降低到了400 mm以内，降低了73.3%。

　 （3）新方案有效提升了井下围岩稳定性，未出现因飞石或者直接倒滑产生的安全事故，在此区域采出原煤约为80 123.4 t，除去人工成本、支护材料成本和设备消耗成本，产生净利润约2 500万元。

　　6结论

　 （1）通过WKT-1型无线电波透视仪勘探确定过断层的影响范围，然后利用渐进式的注浆加固方案能够有效提升陷落柱区域围岩的稳定性；

　 （2）根据马丽散注浆料在我矿的应用，其流动性比水泥注浆料提高了7.6%，凝固强度达到了水泥注浆料的99.4%，能够在保证强度的情况下提高注浆效率；

　 （3）卧底留顶过断层法能够根据井下的实际情况，减少在作业过程中对陷落柱区域的影响，提高过陷落柱作业的稳定性和安全性。

      参考文献：

　　[1]王启南.四台矿8735综采工作面过断层技术措施研究[J].山东煤炭科技，2020（9）：27-29.

　　[2]王燕飞.8102综采工作面安全过断层技术应用[J].山东煤炭科技，2020（3）：83-84.

　　[3]赵子波.1216工作面过断层安全技术措施探讨[J].山东煤炭科技，2019（4）：31-32.

　　[4]孙毓言.大倾角煤层综采工作面液压支架稳定性分析及安全过断层技术研究[D].徐州：中国矿业大学，2020.

　　[5]祁虎根，薛宝平.综采工作面过断层安全管理技术措施应用[J].山东煤炭科技，2019（10）：6-7.

　　[6]赵慧鹏.镇城底矿22605工作面过断层巷道注浆加固技术研究[J].山西冶金，2021，44（5）：114-115.

　　[7]任禹.综采工作面过大落差断层综合技术应用研究[J].山东煤炭科技，2021，39（7）：12-14.

　　[8]郭颖斌.大采深综采工作面过断层超前预注浆技术应用[J].当代化工研究，2021（22）：54-55.