郭 顺

（汾西矿业两渡煤业，山西 灵石 031302）

引言

断层是影响矿井生产安全的主要不利因素之一，在断层影响范围内构造应力发育、煤岩体破碎[1-2]。随着采掘作业面与断层距离缩短，采掘引起的超前支承压力与原有构造应力叠加，会进一步增加断层影响范围内煤岩体破碎程度，从而导致采掘作业面出现顶板冒落、煤壁片帮等问题[3-5]。为此，众多的研究学者对回采工作面过断层技术展开研究，其中朱砚秋等[6]对煤炭回采对断层活化影响进行分析，发现断层界面内垂向应力分布随着采面推进呈现先增降后增趋势；孟召平等[7]对断层断裂结构对采面顶板稳定性影响以及矿压分布情况等进行分析；吕兆海等[8]综合使用相似模拟、数值模拟技术手段对断层上下盘移动规律、变形破坏特征等进行分析，并针对具体工程实例提出通过预注浆方式强化断层影响范围内煤岩体强度，从而确保回采工作面安全高效回采。

山西某矿回采范围内地质构造发育，大型断层周边次生小断层更为发育。现阶段矿井回采工作面过断层时多采用被动方式进行处理。当揭露的断层落差较小时，仅在回采期间出现顶板冒落或者煤壁严重片帮等情况时，方可采用注浆方式对顶板、煤壁等进行处理，采用此种处理方法不仅会增加断层处理耗时且多在采面内采取治理措施，影响煤炭回采安全。如矿井31105 综采工作面正常回采速度为4.8 m/d，而在在过DF12 断层（H=2.6 m，35°∠156°）时受到围岩破碎影响，推进速度仅为1.1 m/d，严重影响矿井生产。

1 工程概况

31107 综采工作面回采11#煤层，在采面回采区域内煤层厚度1.9 m～6.8 m，均值4.5 m，倾角10°。根据巷道掘进揭露以及已有地质资料显示，在31107 综采工作面回采范围内发育有DF113（H=3 m，48°∠60°）断层、DF114（H=2 m，75°∠60°）断层、DF116（H=3 m，18°∠60°）断层等，断层会给采面回采带来一定制约。为此，依据31107 综采工作面现场实际情况，提出通过预先采用超前治理措施对断层影响区进行治理，以便降低断层给煤炭回采影响，提高矿井生产效率。

2 超前治理技术

超前治理就是依据断层、采面工作面赋存情况，并分析断层影响范围，通过采用超前钻孔对断层影响范围内破碎煤岩体进行注浆加固，从而为采面高效平稳过断层创造良好条件。依据31107 综采工作面布置、开采煤层情况以及回采范围内断层赋存情况，提出在回采巷道内布置采用长钻孔对断层影响区进行超前注浆加固，实现断层超前治理。

2.1 超前注浆钻孔布置

在31107 综采工作面回风巷内通过布置长钻孔对断层影响区域内进行超前加固，实现断层超前治理。回采巷道内长钻孔布置采用平行递进式，具体在采面断层影响区内，即采面1 057 m～1 142 m 范围内，按照3 m 间距施工2 排孔径42 mm、孔深4 m 钻孔，钻孔内注浆压力确定为4 MPa，避免后续注浆浆液从巷道表面外溢。

在断层影响范围内布置浅孔、中孔以及深孔，钻孔孔径统一为94 mm，浅孔、中孔以及深孔深度分别为30 m、80 m 以及120 m。钻孔按照平行递进方式布置，具体布置情况如下页图1 所示。注浆材料选择无极复合材料，该材料具有胶结时间可调、注浆效果好以及胶结期间不出现高温等优点。

图1 超前注浆钻孔布置示意图

2.2 注浆设备

在31107 综采工作面回风巷内布置注浆钻孔对断层影响区内破碎煤炭体进行加固，由于钻孔注浆距离长、注浆压力大以及注浆材料泵送量大，因此，对采用的注浆设备有更高要求。应依据现场需要以及采用的注浆材料合理的注浆设备，具体在确定注浆设备是应遵循下述要求：注浆泵功率应与钻孔注浆量相匹配；钻孔注浆流量应与注浆压力相匹配；注浆压力与注浆距离相匹配；注浆材料搅拌机功率与材料上料效率相匹配。依据井下现有的注浆设备并结合现场试验结果，最终选择采用注浆泵技术参数，如表1 所示。

表1 注浆泵技术参数

2.3 钻孔封孔

注浆钻孔封孔质量直接影响断层超前治理效果。钻孔封孔采用两堵一注，具体如图2 所示。封孔用专用耐高压囊袋，在封孔位置以及距离孔口0.2 m 处分别布置囊袋，通过囊袋上的注浆孔向封孔区域内注入封孔材料，待囊袋另一胶管出现返浆时即扎牢返浆管向持续进行注浆，直至封孔压力达到1.5 MPa～2.0 MPa。

图2 注浆钻孔封孔示意图

3 超前治理效果分析

在31107 综采工作面回风巷向断层构造影响区内综合使用帷幕钻孔、注浆钻孔（浅孔、中孔以及深孔）对断层影响范围内进行注浆加固，提高断层影响范围内破碎煤岩体强度及整体稳定性。在超前治理区，布置9 个浅孔（孔深30 m）、9 个中孔（孔深120 m）以及9 个深孔（孔深120 m），现场共计注入50 t 无机复合材料。

对断层进行超前治理后，为探测超前治理效果，在加固区域内施工探测钻孔并通过YZG12 钻孔成像系统对断层影响区注浆加固效果进行分析。在超前注浆加固前，钻孔钻进至断层影响区内时，钻孔孔壁裂隙发育、成孔较为困难；超前治理之后，钻孔钻进较为容易、孔壁光滑且基本不出现塌孔情况。31107 综采工作面回采至断层影响区内时，采面煤壁以及顶板等均未出现片帮、冒顶等情况，表明采用的断层超前治理技术取得较好成果。具体采面过断层影响区时注浆浆液在破碎煤岩体内扩散情况，如图3 所示。

图3 破碎煤岩体内注浆浆液扩散情况

4 结语

31107 综采工作面回采范围有多条断层，若不对断层进行超前处理，采面回采至断层影响区内不仅面临较大的顶板冒落、煤壁片帮风险，而且推进速度较慢，影响矿井生产。为此，提出对断层进行超前治理，具体在采面回风巷内综合采用帷幕注浆、浅孔、中空以及深度对断层影响区域内进行全范围加固，通过高压注浆提高断层影响区破碎煤岩体强度以及稳定性，从而给采面回采过断层创造良好条件。

对断层影响区进行超前治理后，采面回采过断层期间煤壁及顶板始终保持稳定，采面推进速度仍可保持4.8 m/d，实现了安全高效回采。