綜采工作面強推法過斷層的安全實踐

王利杰

（霍州煤電集團汾河焦煤回坡底礦，山西 臨汾 041699）

關健詞 綜采 斷層 實踐

煤開采過程中，在揭露斷層處，容易發生冒頂事故，造成人員傷亡和財產損失。工作面要過斷層時，采取的開采技術方案還直接影響到開采的成本、推進速度以及煤炭回收率等。因此在工作面推進過程中遇到斷層時，必須根據現場，制定合理的過斷層方案，保障煤礦開采的安全。以回坡底煤礦10-108工作面為研究對象，設計了兩套過斷層方案并通過技術對比確定了硬過法過斷層。優化設計了開采方法與技術措施，實踐結果表明該方案合理可行。

1 工作面概況

回坡底煤礦隸屬于山西汾河焦煤公司，井田面積4.84km2，地質儲量3211.82萬t。回坡底煤礦10-108綜采工作面位于西區軌道下山巷前進方向右側，南鄰10-106綜采工作面（已采），北鄰西區下部H=60m斷層，東鄰東二采區，西鄰10-109回采工作面（正在開采）。該工作面煤層傾角1°～9°，平均為4.5° ，煤層厚度1.7～2.38m，平均2.11m。該面總體受褶皺構造影響，煤層呈波浪狀起伏，受10-109、10-106工作面陷落柱和斷層延伸的影響，為走向北東、傾向南東的單斜構造。

10-108 工作面沿煤層走向布置，長度為910m，工作面掘進準備過程中揭露的斷層為 F10、F11、F12三條斷層。斷層F10、F11、F12走向、傾向、傾角、落差分別為123°、43°、74°、2.0m；124°、44°、84°、4.0m；25°、101°、54°、6.0m，三條均為正斷層。

2 工作面過斷層開采方案

基于10-108綜采工作面的現場實況，結合該礦及國內相關技術，設計兩套10-108工作面過斷層的開采方案。

（1）方案一：跳采法。跳采法主要是采取繞過斷層帶的措施來進行回采。優點：不需要在三條斷層影響區域內進行推進，推進速度快。缺點：需要重新開掘工作面開切眼及施工回柱絞車硐室，工程量大，工作面生產中斷，斷層區域內煤炭資源損失。

（2）方案二：硬過法。利用采煤機滾筒截割或爆破破巖，繼而進行平推過斷層。優點：操作簡單，工程量小，可保障工作面正常生產，緩解接續緊張，使得斷層區域內煤炭全部開采。缺點：頂板控制困難，容易發生冒頂事故，對于開采設備的損耗率較大，安全技術措施復雜。

綜合方案一和方案二的優缺點，基于技術經濟的比較，在該礦技術條件和開采設備允許的情況下，確定選擇了方案二硬過法來過斷層。

3 工作面過斷層技術措施

3.1 更換截齒

10-108 工作面采煤機在進行開采時，滾削式螺旋滾筒上安裝的刀型截齒割煤、掃煤效率較大，提高了開采效率。但是該刀型截齒在遇到高硬度的巖石時表現出了較差的截割效果，在過斷層時將刀型截齒更換為鎬型截齒。生產中選擇了武穴市長江工具公司生產的JGC38/70.5-24型合金鋼鎬型截齒，該鎬型截齒具有高效強力耐磨無火花的特征，有效克服了鎬型截齒刀頭脫落、齒座的定位孔間隙變大引起截齒丟失及螺旋葉片磨損的問題。

在采煤機過斷層期間，通過對F10、F11、F12斷層巖層硬度的分析，因生產成本因素，將刀型截齒更換為JGC38/70.5-24型鎬型截齒，同時將后滾筒更換為配套采煤機鎬形齒高效滾筒，采煤機切進刀方式改成中部斜切進刀，有利于采煤機在中部停留，過斷層時利用后滾筒截割煤體、巖石，利用前滾筒掃底煤和矸石。

3.2 調整采高

在工作面過斷層期間，將斷層上、下12架范圍內的采高及時調整在2.4m左右，保證支架活柱伸縮量≥500mm。在該狀態下采煤機可以順利通行，另外有效地減少了截割矸石的時間，提高了過斷層的推進速度。測量部門做好工作面的測量作業，保障工作面平直度，避免過斷層時發生倒架、咬架故障。

3.3 爆破落矸

對于煤層頂底板巖石硬度f≥4時，采用打眼爆破落矸的方式，主要技術參數設定如下：

（1）炮眼布置形式。采用三花眼或五花眼。

（2）爆破方法。起爆順序，起爆分兩個階段：第一階段，底眼起爆階段；第二階段，腰、頂眼起爆階段。起爆方法，采用毫秒電雷管起爆，串聯連線。每個階段一次打眼、一次裝藥、一次連線起爆，一次起爆距離不得超過25m。

（3）爆破參數。① 炮眼深度：800mm；② 炮眼間距：300～700mm；炮眼排距：400～800mm；③炮眼角度，水平角度：頂眼仰角5°～10°，腰眼水平角度0°，底眼俯角10°～15°；垂直角度：65°～75°； ④ 炮眼封泥：水炮泥和粘土炮泥；⑤封泥長度：不得小于400mm；⑥ 最大裝藥量，煤層0.15kg/眼；巖層0.30kg/眼，同時一次起爆最大裝藥量不得超過15.00kg； ⑦ 炸藥名稱：煤礦許用安全2號炸藥或煤礦許用乳化炸藥；⑧ 裝藥方式：正向裝藥。

（4）爆破技術要求。工作面有兩個及兩個以上自由面時，在煤層及半煤巖中，最小抵抗線不得小于500mm；在巖層中，最小抵抗線不得小于300mm。淺眼裝藥爆破大巖塊時，最小抵抗線和封泥長度都不得小于300mm。工作面只許使用1臺起爆器爆破。起爆腰、頂眼時，必須分別使用1、2段毫秒電雷管；起爆底眼時，必須使用同一段毫秒電雷管。

爆破參數可根據現場條件靈活調整，但不得超出上限規定，并以爆破不崩倒支柱、不崩壞設備、不破壞頂板整體性為準。單獨放頂眼、腰眼或底眼時，只許用一種雷管。上層煤軟或頂板破碎時，不許頂眼爆破。

3.4 加強支護

工作面過斷層期間頂部采用錨索支護，錨索采用直徑21.8mm高強度低松弛鋼絞線，長度6.5m，錨固劑選用CK2335樹脂錨固劑2卷，Z2335樹脂錨固劑3卷，配合高凸T型鋼帶支護。錨索間距為1.0m，每排4根錨索，排距為1.4m，錨索預緊力均為150kN。巷道兩幫錨桿均采用長度2.2m、桿體直徑18mm的高強左旋無縱筋螺紋鋼錨桿，配以鋼托板和W鋼帶進行封幫。幫錨桿打設間距為0.8m，排距均為0.7m。錨固劑選用22335樹脂錯固劑2卷，錨固力不小于64kN，螺母扭矩達到120N·m。支護斷面如圖1所示。

3.5 注漿加固措施

對部分頂板巖性差、破碎嚴重的區域進行注漿加固。使用風鉆打眼，孔口盡可能挨著煤層頂板布置，孔徑42 mm，孔間距3～6 m，孔深3.5 m，仰角30°～ 45°，封孔深度2.5 m，注漿深度1m，如圖2所示。注漿壓力2～5MPa，單孔注漿量6～10桶。通過頂板注漿加固，使破碎的頂板形成一個整體，從而可以有效控制頂板，大大減少漏頂、冒頂現象的發生，保證過斷層的順利推進。

圖1 支護斷面圖

4 效果

針對回坡底煤礦10-108工作面過F10、F11、F12三條斷層，采用了硬過法的技術方案。同時制定了詳細的過斷層技術措施，從更換截齒、調整采高、爆破落矸、加強支護和注漿加固措施五個方面制定了過斷層的技術方案。10-108工作面經過3個月推過該斷層影響區，期間操作簡單、工程量小，有效地保障了工作面正常生產，緩解了接續緊張。在過斷層期間，技術措施的應用，加強了頂板的控制，避免了冒頂安全事故的發生，同時也降低了開采設備的損耗率，效果明顯。