断层常见于地质构造复杂的矿区，会影响煤层产状、顶底板岩性，造成煤层的不连续及破碎顶底板围岩。工作面的掘进、回采过程中揭露的断层破碎地带大大增加了巷道、采场的支护难度及成本，易发生顶板冒漏等安全事故，给矿井正常生产造成极大困扰。

中煤新集能源股份新集二矿主采-750m水平A煤组。230108工作面回采F230108d-1（H=4.0m）逆断层前方40m范围内煤（岩）倾角变化较大，局部出现煤（岩）层倒转现象，煤层厚度变化较大，顶板起伏不定，顶板裂隙发育，给工作面安全回采和矿井连续高效生产造成较大影响。本文以230108工作面过F230108d-1（H=4.0m）逆断层为研究实例，提出工作面过断层超前治理理念及模式，并以此为基础设计了相应的治理方案。通过断层破碎带超前治理技术，提高破碎带附近煤岩体物理力学性能，保证工作面安全高效回采。

1 工程概况

230108工作面位于新集二矿二水平1煤组2301采区东翼，为该采区第三个1_上煤开采工作面，工作面回采上限标高-650.3m，下限标高-713.8m。西侧为采区皮带上山，东侧距防水煤柱线171m，南侧距采空区留设煤柱平均10m，北部为实体煤。

工作面煤层结构整体简单，断层附近及冲刷带影响范围煤层厚度较大，煤层顶板起伏大，煤层厚度3.9~6.2m，平均4.7m。基本顶为粉砂岩，厚2~43m，平均16.1m，直接顶为中砂岩，厚24.5～39.2m，平均32.9m，中厚层状，致密、坚硬。

230108工作面内1煤、1_上煤总体倾向为NNE，单斜构造，煤（岩）层倾向N1°~48°E，倾角在0~19°之间，平均10°。局部受地质构造影响，煤层产状及厚度变化较大，走向上起伏较大，局部煤（岩）层反倾甚至倒转。如图1所示，煤层倾向受F230106d-1逆断层构造影响变化较大，正倾最大43°，局部反倾（最大30°）。构造发育段煤层较松软、破碎、易发生片漏等大位移现象。风巷推进194m，机巷推进114m分别揭露断层。断层工作面内影响范围约为232m，倾向影响整个工作面。

图1 230108工作面F230106d-1逆断层示意图

图2 230108工作面F230106d-1逆断层剖面图

2 工作面过断层治理理念和模式

2.1断层治理理念

坚持“超前探查、科学研判、综合治理、安全采掘”的原则，严格落实断层探查治理管理责任，提高断层治理水平，牢固树立“抽冒就是事故”、“断层不治就是违章指挥”的先进理念。

针对新集二矿230108工作面，若仅采用普通的治理形式，破碎带围岩无法形成有效承载体，不能完全发挥围岩自身的承载能力，最终发生失稳破坏。目前广泛的治理手段主要包括单次注浆及短距离注浆存在着围岩强化程度低、加固范围小的问题。为此，亟需设计有效的综合治理方案，减小工作面过断层时的影响，保证工作面安全高效开采。

2.2断层治理模式

结合新集二矿地质及生产技术条件，提出联合治理方案：

230108工作面未回采前，通过上、下底板巷超前治理以及在工作面风、机两巷内钻场对逆断层进行长距离静态注浆，通过提高断层破碎带围岩物理特性，保证了风、机巷在掘进和回采期间顶板安全。

工作面回采过程中，在230108风、机巷施工巷帮钻场对逆断层进行二次短距离循环反复治理，通过二次治理充填置换围岩受二次扰动而产生的次生裂隙。与底板巷超前治理及长距离静态治理形成完整联合治理手段。

（1）底板巷超前治理方案。通过在230108工作面上、下底板巷处对断层破碎带进行注浆加固，预防工作面回采过程中围岩发生冒落。

（2）长短结合、动静互补治理方案。通过将长距离静态注浆、短距离动态注浆治理技术相结合，有效对破碎带围岩进行加固。

（3）循环反复治理方案。由于破碎带围岩裂隙节理发育程度较高，仅通过一次注浆加固不能取得良好效果，需要通过循环反复注浆，将掘进、回采对围岩的影响降至最低，防止次生裂隙进一步发育扩展。

3 工作面过断层超前治理方案

3.1底板巷超前治理

未采动前裂隙充填。230108工作面掘进、回采期间将过F230106d-1（H=4.0m）的逆断层。为保证230108工作面围面和回采期间顶板安全，预防顶板出现片漏事故，超前200m在230108上、下底板巷巷道内对断层面进行注浆治理。通过对未采动区域超前注浆，通过高压(12MPa)使浆液充分添补到断层带产生的裂缝内，将受断层拉伸影响破碎的煤矸粘结成一个整体，增加围岩稳定性。钻孔分别布置在230108上、下底板巷巷内，共计20个注浆孔，50袋水泥。

图3 230108上下底板巷注浆位置及钻孔分布图

3.2 巷道钻场长距离静态循环治理

采动后裂隙充填。230108工作面回采过程中，受采动以及超前压力影响，断层带附近煤矸受二次扰动，煤矸进一步拉伸破碎。为确保回采过程中顶板风险可控，在230108风、机巷施工钻场钻孔对二次扰动影响区域再次注浆加固，通过高压注浆，使二次扰产生的裂隙得到有效充填，充分吸收纳米改性单液注浆料的特性，断层得到有效治理。钻孔分别在风、机巷钻场内，共计有3个钻场（23个注浆孔），向钻孔内下注浆管注纳米改性单液注浆料（规格型号：KCZ-3）。

图4 230108风机巷钻场注浆位置及钻孔分布图

3.3 短距离动态循环反复治理

随着回采距断层逐步接近，巷道松动圈逐步形成，受地应力以及断层进一步拉伸影响，顶板破碎且局部托顶煤。为确保松动圈内围岩稳定，通过向顶板破碎地点煤壁侧、风、机巷端头、以及风、机巷钻场处向煤壁侧每隔5m施工一个注浆孔、注浆孔深度为6-8m，对顶板破碎易片漏地点短距离动态循环注加固材料（马丽散NS）进行加固。

4 注浆工艺及方案

4.1锚注管埋管

钻孔施工至设计孔深后，退出孔内所有钻具，退钻时必须排净孔内煤（岩）粉，勤洗孔，保证孔内通畅，起钻后向孔内尽可能深的下置6分锚注管（锚注管采用6分无缝钢管制作而成，长度2m，两头套丝），最前2根杆体上每隔500mm对称T字型布置梅花φ6mm的孔，锚注管间采用束结连接，锚注管下置深度原则上需穿过煤层。

4.2封孔方法

（1）仰角孔：在孔内埋入一根4分锚注管，埋入深度10~12m，在最后两节锚注管束结前方缠绕若干圈编织袋，缠绕后的编织袋直径略大于注浆孔孔径，然后将剩余锚注管抵进孔内，再使用该锚注管注高分子材料进行封孔。

（2）俯角孔：使用4分锚注管将编织袋向塞进孔内，深度在12~14m左右。然后在孔内埋入一根4分锚注管，埋入深度10~12m，在最后两节锚注管上缠绕若干圈编织袋，缠绕后的编织袋直径略大于注浆孔孔径，再使用该锚注管注高分子材料进行封孔。

4.3注浆工艺

（1）注水泥浆工艺

单液水泥浆按水灰比0.7:1在搅拌桶中搅拌完成后，注浆机的吸浆管放入桶内，浆液经φ25mm高压软管（通过注浆枪头和封孔阀）注入锚注管中。

（2）注纳米改性单液注浆料工艺

按水灰比0.5：1~0.7：1要求，先将水放入搅拌桶内，开启搅拌桶，将定量的纳米改性单液注浆料KCZ-3匀速放入搅拌桶内；搅拌10分钟后将注浆泵吸浆头放入搅拌桶浆液内，关闭泄压阀打开注浆阀门后，开启注浆泵；观察浆液情况，待正常出浆液后停泵再将出浆管头放入浆液桶内，开泵打循环。

图3 注浆系统布置图

4.4注浆方案

（1）注浆设备及布置：注浆采用ZBYS5-18-30型注浆泵，注浆泵布置在需锚注的巷道中。

（2）注浆液的配置：现场采用浆液搅拌桶搅拌配制，注水泥浆时，先按水：水泥=0.7：1的比例将清水加入拌料桶内，再按比例加入水泥（需粗筛去除杂质）至搅拌容器内混合搅拌均匀后开始注浆。

（3）注浆扩散半径根据巷道围岩裂隙发育情况和现场试验暂取5m。注水泥浆及纳米改性单液注浆料的深孔压力为12MPa。

（4）注浆前按要求将注浆设备、阀门、高压注浆管路连接好，快速接头连接牢固。确认系统连接准确、安全可靠后，开始注浆。注浆过程中要注意压力表的变化情况，当压力表达到设计值时，稳定时间达5min时，先关闭注浆泵，打开枪头上的泄压阀进行泄压，然后卸下U型销，取下注浆管路。

（5）注浆过程中，注意检查巷道壁局部是否有漏浆现象，如有漏浆现象时，必须及时停止注浆并进行处理。

（6）当注浆孔达到设计终压后，降低流量5min，即可停机关闭注浆阀门，再开启泄压阀后才能换孔注浆。注浆阀待浆液初凝约半小时后，方可拆卸。注浆结束后要封孔。

（7）注浆后，及时将注浆设备、管路用清水清洗干净，以防浆液堵塞注浆泵及管路。

（8）单孔若做不到连续注浆时，停止注浆前应打足2m³清水进行冲洗裂隙。

4.5 注浆结束标准

（1）注浆前用清水试验，若清水以终压注不入注浆孔，证明此孔无法进行注浆作业，应关闭此孔阀门结束注浆。

（2）注浆时无漏液、窜浆现象，注浆压力达到终压封孔注浆结束，关闭孔口阀门。

（3）对每个注浆孔进行注浆、复注，达到设计压力值后结束注浆。

5 结语

本文以新集二矿230108工作面过逆断层为实例，提出工作面过断层治理理念及相应模式，从而针对性设计了工作面未采动前“底板巷超前治理+长距离静态治理方案”以及采动过程中“短距离循环反复治理方案”，给出了各方案下的注浆布置及注浆工艺。通过对工作面帮顶破碎区域不间断注入加固材料，使注浆孔周边3-5m范围破碎煤岩体粘结成块，形成坚固的整体，有效防止顶板片漏。确保工作面保持稳定推进（平均割煤4刀/d），矿井保持产量稳定，为类似条件下过断层提供科学依据与参考。

参考文献：

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