（四川华蓥山龙滩煤电有限责任公司 四川 广安 638020）
摘要：综采工作面遇大落差断层传统采取的方法是工作面搬家，但此方法煤柱损失严重、容易造成采掘接替失调、安全威胁大。针对龙滩矿井地质构造复杂的问题,龙滩矿井在3112N超长综采工作面过F3112-3大落差断层时应用了顺层中、低压水力压裂技术，穿层钻孔注浆固化断层带顶板技术，合理有序破顶提架等技术，在15天的时间内就安全快速的通过了F3112-3大落差断层，保证了矿井正常的采掘接替。
关键词：超长综采工作面；水力压裂；注浆固化；快速；大落差断层
四川华蓥山龙滩矿井是个年产150万t地质条件复杂的矿井。龙滩矿井断裂较多，经地面调查发现断层17条，经打钻揭露发现隐伏断层3条。大部份断层位于井田北端及龙王洞背斜西翼，并有部份出露在井田外围。按断层性质分，正断层6条，逆断层13条，平移断层1条；按断层走向与褶曲轴向关系分，纵断层12条，横断层8条；按破坏煤层分，切割煤层的断层3条，未切割煤层的断层17条。龙滩井田内断层错综复杂、落差大、影响范围广，增加了煤炭资源的开采难度，对矿井的安全生产造成十分大的影响，严重影响正常生产接替。因此，针对3112N综采工作面过F3112-3大落差断层，矿井迫切需要研究制定出一种切实可行的过大落差断层技术方案来解决过断层期间的一系列问题。
1工作面概况
3112N综采工作面位于龙滩矿井311采区，工作面平均走向长1606m，倾斜长度平均在240m，在西南地区属超长综采工作面，煤层平均倾角1°。工作面采用走向长壁后退式采煤法，全部垮落法管理顶板。3112N综采工作面地质构造复杂，断层较多且落差较大。其中F3112-3正断层倾向85°，上顺落差2m、中顺落差2.2m、下顺落差4.0m，F3112-4逆断层倾向57°，落差1.3m，影响走向长约50m、倾斜长240m。
2过断层技术方案
3112N综采工作面在通过该断层时一是利用顺层中、低压水力压裂技术对断层区进行补充治灾消突，解决过断层期间的瓦斯问题；二是施工穿层钻孔注浆固化断层带顶板，使破碎顶板形成一个有效整体，解决顶板支护难题；三是精确定位断层位置，根据断层落差大小结合现场实际合理有序破顶提架，确保支护安全可靠。
2.1水力压裂技术
2.1.1水力压裂技术方案
龙滩矿井3112N综采工作面即将回采至F3112-3大落差断层，针对3112N综采工作面前期治灾情况以及掌握的抽采效果等资料，决定在3112N综采工作面上、下分段预抽范围内实施顺层补充水力压裂强化治灾措施。
2.1.2水力压裂设计参数
水力压裂钻孔分别布置在3112N中顺东、西帮，设计孔深90m。由于压裂钻孔滞后于抽放钻孔施工且布置在预抽孔范围内，周围原始煤体均被破坏，因此压裂半径按20m考虑，孔间距按20m设计（断层附近考虑强化压裂效果，采取加密布置办法，缩短至10m），进行水力压裂。压裂钻孔，注水压裂管选用6分白铁管，每孔预埋21根（1.5m/根），封孔深度不小于30m，采用丝扣连接。注浆管与反浆管选用20mmPVC管，孔口处设三通闸阀。封孔工艺采用化学浆+水泥浆马尾法机械封孔工艺，水泥浆水、灰、石膏粉配比为1:1:0.06，注浆泵选用不小于2.4MPa（BFK-12/2.4）的封孔泵注浆，封孔完成后至少养护15天以上，确保钻孔封堵严密不漏气后，方可进行水力压裂。
2.1.3水力压裂工艺要求
由于是在3112N综采工作面断层影响段进行的顺层补充治灾水力压裂，水力压裂钻孔周围存在高密度预抽钻孔，压裂时升压慢、保压难。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在施压过程中极易发生泄压、穿孔等情况，故压裂过程中采用中低压、大流量的注水方式，尽量保压，延长压裂时间，因此注水初始压力要求设置在15-20MPa，尽量最大限度的压裂煤层，单孔注水时间尽量控制在15min以上，若15min以内卸压出水，需持续注水反复洗孔至清水出。
2.2断层注浆加固技术
在工作面过断层期间往往由于断层破碎带、顶板岩性强度低、节理裂隙发育等原因造成顶板管理难度大，在以往过断层时常常采取施工锚杆、锚索、施工假顶等方式来控制顶板，取得了一定的效果，但是还是会出现漏矸的现象，造成移架困难，支架容易被压成死架，而且设备及材料消耗大，为确保安全、有效、快速的通过F3112-3断层，在过F3112-3断层时提前在断层带施工注浆钻孔进行注浆加固，使破碎顶板形成一个有效整体，有效解决过断层期间顶板支护的难题。注浆钻孔终孔间距按10m布置，封孔长度不得小于孔深的1/2，注浆压力不得小于2.4Mpa，注浆量要保证煤岩体裂隙被充填密实，注浆时间要控制在20min以上，注浆浆液选用水灰比为1:1的水泥-水玻璃混合浆液。
2.3断层推进技术
在3112N综采工作面采取破顶提架技术向前推进。由于F3112-3断层落差大，根据工作面上、中、下顺揭露的情况分析，处理顶板垮冒采取以破上盘顶板，提下盘底板，即破顶提架方法，在距离下顺15m处，工作面机头提前破顶，每刀上提高度100～150mm，工作面以+8～10°仰采，直至推进至下盘底板后沿底板开采。
大矸石及全岩石区域采取放震动炮、割煤机滚筒割煤(矸)的方法通过。在处理顶板垮冒区域推进时，保证割煤机、刮板输送机正常运行的前提下应加大破顶提底幅度，沿断层上盘顶板推进，保证煤炭资源回收。处理顶板垮冒期间，要加强工程质量、机电维修管理，工作面严禁出现急弯陡坡，相邻两节溜槽垂直夹角不得大于5度，水平夹角不得大于3度，确保设备运行正常，减少机电事故以利加强顶板管理。断层全岩段要降低采高，控制在2.6～2.8m。当用割煤机滚筒难以破碎工作面底板岩石时，必须采取人工打眼放震动炮的方法处理。工作面若出现空帮、空顶现象或端面距大于340mm,必须及时拉超前架接实顶板；否则，必须在空帮、空顶的支架前梁背上放置两根走向钢梁，钢梁上铺上木枕木，保证接实顶板。人员需进入机道在支架背顶架设钢梁时，在支架探梁下方补打2根临时钢梁，并在钢梁上方铺设厚度大于50mm木板或枕木。
3结论
（1）龙滩矿井采用水力压裂技术、断层注浆加固技术、断层推进等技术实现了安全快速的通过3112N综采工作面F3112-3大落差断层，既解决了过复杂地质构造带期间瓦斯、顶板、设备管理等方面的技术难题又总结出了宝贵的经验。本项目通过在工作面施工排放孔，利用顺层中、低压水力压裂技术对断层区进行补充治灾消突，解决了过断层期间的瓦斯问题，矿井全年实现瓦斯“0超限”的目标；采取注浆固化断层破碎带顶板，使破碎顶板形成一个有效整体，工作面的顶板在过断层期间与液压支架接顶严实，液压支架架间衔接密实，在过断层期间未发生顶板垮冒的事故，有效解决了顶板支护难题；精确定位断层位置，根据断层落差大小结合现场实际合理有序破顶提架，确保支护安全可靠。本项目的实施提高了矿井过复杂地质构造带的能力，项目成果具有十分广泛的推广应用价值。
（2）3112N综采工作面过F3112-3大落差断层，共用时15天，减少240m巷道施工，多回收煤炭资源约3.5万吨，缩短接替时间2个月，每米巷道按3000元/m计算，节约巷道费用：240×3000=720000元；采高按2.5m，煤柱按40m计算，回采煤炭：240m×2.5m×40m×1.45=34800吨，按吨煤利润71.44元/t计算，创造经济效益34800×71.44=2486112元。综上，共创经济效益：720000+2486112=3206112元。另外省去了综采设备回撤搬迁等费用，创造了良好的效益，为龙滩矿井的生产接替节省了宝贵的时间。
论文作者:赵海波，刘一，范凯，汪胜，刘阳
论文发表刊物:《科技新时代》2019年10期
论文发表时间:2019/12/6
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