23103大采高長工作面過斷層安全回采實踐

董 波

（山西西山晉興能源有限責任公司 斜溝煤礦，山西 呂梁033602）

目前國內綜采面過斷層的常用技術方法主要有調整割煤高度法、跳采法、挑頂臥底法等〔1－3〕。大采高綜采工作面由于采高大，過斷層破碎帶時有支架實際支護阻力降低、頂板漏矸等情況發生，尤其當斷層落差較大時，會加大工作面通過的難度〔4－7〕。大采高綜采面過斷層的方法與斷層落差、煤層厚度、煤層傾角、支架最小工作高度、斷層處巖石硬度以及工作面推進方向等因素有關〔8－9〕。

斜溝煤礦23103大采高工作面為大采高長工作面，工作面地質條件復雜，賦存了多個小斷層，對工作面正常回采帶來嚴重影響。采用重做切眼或是縮短工作面長度在大采高長工作面實施中存在諸多困難，且嚴重影響大采高工作面的回采效率，因此有必要對復雜地質條件下大采高長工作面過斷層工藝進行研究探討。

1 工程概述

斜溝煤礦23103工作面位于21采區西側，其北、東、西三側均為實體煤，南側為21區運輸、皮帶、回風三條上山。工作面斜長為242.2m，工作面煤層厚14～15.92m，平均14.38m，煤層傾角8.2°～10.7°，平均9°；采用一次采全高采煤工藝，全部垮落法管理頂板。根據三維地震勘探、工作面鉆探、坑透及瞬變電磁等大量探測資料，該工作面工作面小斷層、節理發育。受斷層的影響，斷層兩側20～30 m內煤體破碎，偽頂、直接頂變厚，頂板破碎，對工作面回采有一定影響。

2 過斷層安全技術

受斷層影響，周圍的煤層坡度產生變化，沿工作面推進方向的仰角局部達10.7°，總體仰角較緩，平均9°，且機頭處于高處，機尾處于低處。同時，周圍煤體較破碎，煤層結構受到破壞。為了工作面順利通過斷層，擬定了以下過斷層時的安全回采技術措施。

2.1 采高調整

2.1.1 工作面調斜

為了讓工作面與斷層面迎合，減少影響長度和煤壁的片幫，在工作面過斷層前需要一定程度的調斜。如F108斷層，走向角度為103°，機尾－機頭真方位為111°，調斜后真方位應為103°～105°，即機尾比機頭進度快15～20m左右，并應于斷層前5m調整完畢。

2.1.2 過斷層采高的調整

根據斷層的性質、位置、傾向、斷距及相關巷道的掘進情況，工作面過斷層時應有相應的走向規劃（見圖1）。工作面距斷層面一定距離L開始起坡，結合原有的煤層傾角和設備的性能，過斷層總仰角不應超過12°。起坡距L計算如下：

式中：β為總仰角，≤12°；α為煤層傾角，°；H為斷層落差，m；L為起坡距，m。

斷層影響區的采高在起坡前降低至4m左右，起坡過斷層期間采高控制在4m內，起坡過程中采用挑頂留底方式推進，斷層尖滅處沿煤推進，另一側沿巷道推進，其中間的支架盡量排齊、排直，控制高度的同時盡量少割矸石。工作面過斷層面后，保持采高4m，仰角慢慢變小，當頂板見矸石時開始平坡并沿頂推進，以臥底的方式逐漸恢復采高。

圖1 工作面過斷層規劃示意

2.2 過斷層回采工藝

2.2.1 采煤機割煤

20103工作面揭露的斷層均發育在工作面的中下部，斷層影響區煤體破碎、松軟，容易發生冒頂、片幫事故。實踐表明，工作面進入斷層破碎區進刀時，刮板機彎曲段因煤壁斜切、護幫不平而經常片幫、冒頂。因此，針對此情況提出不在斷層區進刀的單向割煤工藝，并將機尾進刀提前至斷層影響區以外，其回采工藝見圖2。

圖2 斷層影響區單向割煤示意

工作面過斷層揭露矸石時，若采煤機能割動，則采用采煤機慢速破矸通過；若不能，則禁止采煤機強行破矸，應采用爆破工藝破矸，采煤機單向掃矸通過。以斷層F108為例，斷層單向割煤工藝具體敘述如下：

① 采煤機在機頭正常進刀后由機頭向機尾正常割煤，并進入斷層影響區或揭露斷層，及時移架支護，斷層段不推移輸送機，斷層尖滅處以外15m為彎曲段。

② 進刀，采煤機從機尾空刀至斷層尖滅處沿刮板機自動進刀，隨后將刮板機全部推進，采煤調換滾筒，向機尾割煤，及時支護，不推輸送機。

③ 采煤機割煤至機尾后，反空刀，并隨推輸送機，采煤機運行至85m處自動割煤，并正常割至機頭，完成一個循環。

2.2.2 松動爆破割矸

當斷層矸體局部或整體過硬、或使用采煤機割矸而折損的成本過高時，應采用放炮疏松堅硬巖體，再用采煤機割矸、掃矸的工藝過斷層。

放炮－割矸工序為：敲幫問頂－臨時支護－打眼－裝藥－警戒－放炮－采煤機割（掃矸）－拉架－推溜。放炮－割矸工序應做到或注意以下事項：采煤機停在作業點15 m范圍內時，必須閉鎖采煤機；在每個支架的巖幫前架設一個單體液壓支柱（見圖3），緊緊護幫貼幫，單體柱采用“帶帽、穿鞋”的形式，上部頂在傘檐緊收的護幫板上，幫體破碎時，用兩側的單體柱夾木板圍住。

圖3 巖幫臨時支護斷面示意

炮眼布置為兩排三花眼布置方式，共4排炮眼，眼間距為1m，排距0.866m，眼深1.5m，下排眼距底板為0.5 m，向下75°～80°，上排眼距頂板0.8m 左右，向上80°～85°，中上、中下排眼分別向上、向下1°～3°。炮眼布置見圖4。

圖4 炮眼布置

放震動炮后割矸，有利于采煤機的工作和保護，在割矸過程中，截深應控制在0.7m左右，牽引速度不超過4 m／min，同時應控制規定的采高、加強噴霧灑水等。放一次震動炮疏松的矸體，一般可以讓采煤機割進三刀左右，三刀之后再進行防震動炮，進入下一個循環。

3 過斷層期間頂板管理

保證支架的完好狀態，使其處于良好的工作狀態，不竄液、不漏液。兩端頭、斷層處采高過渡段支架保持良好地接頂，支護好側護板，防止支架倒架、咬架。泵站的工作壓力應達到31.5MPa，支架立柱的初撐力不得低于26 MPa。移架時，采用“少降快拉”帶壓擦頂移架的方式。放震動炮后，如果巖幫片落，要及時移架或伸出伸縮梁支護頂板。煤層段頂板破碎，要留頂煤，但采高不應低于4.5 m，如果頂板破碎有掉矸、漏矸現象，要及時穿板梁控制頂板。

4 結語

1）綜合23103大采高工作面探測資料分析，得出強行通過斷層的可能性，并制訂了相應的技術措施。采用控制采高、工作面調斜、單向割煤、硬矸先震動爆破后采煤機割（掃）矸相結合的方式，順利通過工作面斷層，提出了斷層處單向割煤回采工藝。

2）過斷層時，要嚴格控制采高，保證支架的良好性，加強頂板控制，做好冒頂防護。實踐證明：工作面強行通過斷層，減少了工作面搬家工作量，節約了費用，保證了工作面連續推進，減少資源浪費，提高了煤炭資源回收率，取得了良好的技術經濟效益，為類似大采高條件下過斷層提供了依據。

〔1〕楊文斌 .大采高工作面過斷層技術〔J〕.煤炭工程，2010，（8）：53－55.

〔2〕陳少璞，王 濱，王瑞智，等 .大柳塔煤礦12611－2綜采面過斷層技術研究〔J〕.煤炭工程，2011，（10）：72－74.

〔3〕劉 強，魏秉祥，楊興廷，等 .綜采工作面過斷層及揭露尾巷層位控制技術〔J〕.煤炭工程，2013，（9）：50－52.

〔4〕鄭學亮 .綜放工作面過斷層技術管理實踐〔J〕.煤礦開采，2006，11（6）：55－56.

〔5〕劉志剛，張華清 .綜采工作面過斷層技術與實踐〔J〕.煤礦開采，2010，15（5）：30－31.

〔6〕張德峰，陳 勇 .綜放工作面過斷層頂板活動規律研究與應用〔J〕.中國煤炭，2013，39（4）：56－59.

〔7〕郭守泉，彭永偉 .綜采工作面過斷層技術綜述〔J〕.煤礦開采，2008，（4）：30－31.

〔8〕楊 磊，張西斌，李春元，等 .極軟煤層大采高工作面遇斷層煤壁穩定性研究〔J〕.煤炭工程，2011，（10）：77－79.