工作面過斷層切眼對接技術方案研究

李小龍

（山西三元煤業股份有限公司 下霍煤礦，山西 長治 046600）

0 引 言

在地下煤層掘進開采過程中，當掘進巷道遭遇地質斷層、陷落柱、頂板破碎帶等復雜情況時，為降低掘進施工量和回采難度，同時提高作業的安全性，往往需要繞過受影響嚴重的區域，即將難開采區域從常規標準矩形回采面中剔除。為此，需要在工作面布置上下2 個切眼，當下切眼回采至上切眼位置時，通過回采對接技術，實現2 個切眼內設備和生產工序的良好對接[1-3]。實際生產中，由于地質構造差異較大，為最大程度回收煤炭資源，并保證采煤作業效率和安全，需要根據構造特點和分布狀況，制定合理的過地質構造回采方案及切眼對接方案，本文以三元煤業下霍煤礦2303 工作面為例，對其過斷層時的工作面切眼對接技術方案進行研究[4-6]。

1 概 括

2303 工作面兩順槽均沿煤層頂板掘進，沿傾向布置，運輸順槽長2 222.3 m，掘進過程中揭露Fd34 正斷層（需制定過斷層回采方案），回風順槽長2 147.2 m；切眼沿煤層底板掘進，沿走向布置，長274.5 m，工作面標高為390—470 m。2303 工作面北鄰東常村保安煤柱邊界，西側為實體煤，東側為2302 工作面采空區，兩工作面間有20 m 的保安煤柱，南連接西翼皮帶大巷、西翼回風大巷和西翼軌道大巷。

2303 工作面采用傾斜長壁低位放頂煤自然垮落后退式綜合機械化采煤方法，主采3 號煤層，厚度3.7～5.6 m，平均4.9 m，煤種為貧煤、貧瘦煤。距煤層底板高0.6 m 處有一層較為穩定的夾矸，厚度為0.3 m，巖性為泥巖。煤層傾角0～10°，煤層厚度穩定，結構簡單。采煤過程中，采煤機滾筒割煤3.0±0.1 m，放煤厚度1.9 m，循環進度800 mm，底煤回收率95%，頂煤回收率91%。最大控頂距6 231 mm，最小控頂距5 431 mm，推拉步距800 mm。初次來壓步距為30～50 m，周期來壓步距15～25 m；底板為泥巖和各粒度砂巖，具體見表1。

表1 2303 綜采工作面煤層頂底板Table 1 Roof and floor of coal seam in 2303 fully-mechanized mining face

2 過斷層回采方案

2.1 刀把式工作面

根據《三維地震勘探報告》和實際掘進過程揭露顯示，2303 運輸順槽距切眼183.3 m 處有Fd34 正斷層，落差15 m，該斷層走向N12°E，傾向S78°E，傾角55°，斷距1.7 m，該斷層控制程度為可靠。由于該斷層落差遠大于采高，因此影響工作面的正常回采，為提高礦井采出率，保障安全生產，需制定合理的繞斷層技術方案。

研究決定，為躲避回采機頭段Fd34 斷層，需重新掘進2303 斷層斜巷、2303 斷層繞道和小切眼，從而形成“刀把”式工作面。在工作面大、小切眼未接通前，通過斷層斜巷和斷層繞道將采煤機割下的煤炭運出。隨回采推進，待大切眼與小切眼連通時，進行兩切眼內支護和運輸設備對接操作，使原工作面的傾向長度增大，既減小了躲避斷層的施工量，降低回采難度，提高煤炭回收率。

2.2 刀把式工作面切眼對接技術難點

按切眼對接前后，工作面的長度變化情況，刀把式工作面可分為“正刀把”和“反刀把”2 種，2303 工作面采用正刀把式，即切眼對接后工作面長度由小變大。同時，相應工作面采場也也經歷了“小面—異面—大面”的變化過程，如圖1 所示。當工作面傾向長度較小時，采空區懸頂面積小、上覆巖層應力變化緩和；當工作面傾向長度增大后，相應懸頂面積和圍巖應力增大，變形加劇。尤其是在大小切眼對接位置，巖層應力存在突變，容易引起圍巖失穩[7-11]，因此應通過合理的對接方案設計，保證對接區域支護強度充足，對接銜接順暢，對接時間短。

圖1 刀把式工作面切眼對接前后結構和應力變化Fig.1 Changes of structure and stress before and after open-off cutting

結合生產實踐，刀把式工作面切眼對接存在兩方面技術難點。①大、小切眼對接過程中，兩切眼內的液壓支架、刮板輸送機等設備的對接精度控制難度大，可能存在較大高度或水平距離偏差，導致對接時間延長；②對接前后，工作面采場應力變化明顯，頂板圍巖的變形控制難度大，應通過充分的準備、對接工作，保證對接區域形成良好支護。

3 工作面切眼對接技術方案

3.1 切眼對接準備工作

為保證切眼對接前后圍巖控制穩定，需提前進行對接準備工作。

（1） 2303 工作面回采至距離小切眼老塘側10 m 時，2303 斷層繞道不再退錨索。

（2） 2303 工作面回采至距離小切眼老塘側5 m 時，端頭π 型梁排距改為500 mm，π 型梁到達采空區時不再回收，打設一梁三柱加固頂板。

（3） 2303 工作面回采至小切眼老塘側時，在端頭1 號～5 號液壓支架頂部鋪設雙層菱形網，同時端頭及1 號～4 號支架頂梁上鋪設道軌，道軌長5 000 mm，布設間距800 mm。每根道軌覆蓋3 組液壓支架，鋪設道軌時，先將中間一組支架超前移出，鋪好道軌后，將支架升緊，然后再前移兩側的支架，嚴禁同時落下兩組支架。道軌鋪設情況如圖2 所示。

圖2 道軌鋪設示意Fig.2 Rails laying

3.2 切眼對接流程

當2303 工作面回采至大切眼和小切眼對齊后，開始進行切眼對接操作。

（1） 大、小切眼對齊后，開空后溜（圖3 為工作面斷面內的設備布置，后溜、前溜分別指液壓支架前后的刮板輸送機），且不再移動支架，摘開后溜機頭和轉載機搭接，只推前溜，繼續推進3 個機頭，保證過渡液壓支架更換中間架時有充足的出架空間。另外，為保證對接區域圍巖結構穩定，機頭段的頂板和煤墻需進行加強支護，機頭部分頂板鋪設雙層菱形網片，并打設錨索進行頂板支護，煤墻鋪設單層菱形網片，并在1 號～5 號支架對應區域打設玻璃鋼錨桿進行支護。

圖3 工作面斷面內的設備布置示意Fig.3 Equipment layout in working face section

（2）拆除斷層繞道內布設的帶式輸送機及轉載機，以及斷層斜巷內的帶式輸送機，對以上設備回收升井。

（3） 拆除前、后溜刮板（前溜35 m，后溜30 m），開溜保證偏轉槽至機頭腦鏈及底鏈內均無刮板，再拆除大溜鏈；然后拆除前、后溜的機頭、過渡槽和偏轉槽等。利用絞車將以上設備轉運至2303 運輸順槽內存放。

（4） 安裝大切眼內的后溜中部槽，并與小切眼內的后溜中部槽對接，鋪設鏈條，安裝刮板。

（5） 將機頭1 號、2 號、3 號過渡支架回撤至小切眼內，并安裝就位，保證小切眼內全部支架頂梁接頂嚴密，并達到初撐力；然后將斷層繞道內存放的5 組中間支架安裝至大、小切眼對接位置。

（6） 將2303 運巷內存放的前溜溜槽運輸至小切眼內，安裝就位，并與液壓支架連接；將2303運巷內存放的端頭架安裝就位。

（7） 轉載機后退，安裝前、后溜的機頭、過渡槽等部件。

（8） 完善電纜、液管，先進行單機試運轉，再聯合試運轉。

3.3 切眼對接需控制的關鍵點

（1） 劃定對接基準線。對接過程中，上、下切眼對接位置的兩支架間距離過大，可能導致頂板失穩，支護能力下降；距離過小，則造成對接困難，因此應按要求保證兩支架間的距離。當回采至兩切眼距離為20 m 左右時，在頂板上用顯著顏色劃一條平行于巷道的基準線，然后在剩余回采過程中，控制大切眼端部支架與該基準線的距離，直至大小切眼對齊。

（2） 對接設備高差控制。為防止大小切眼在對接時出現明顯高差、錯茬，導致刮板輸送機無法對接，應在大小切眼距離接近5 m 時，嚴格控制兩切眼對接位置的高差和坡度，控制好采高，保證設備順利對接。

（3） 對接區域頂板控制。由于對接區域存在應力突變，為防止發生頂板事故，應提前做好圍巖補強支護，并縮短移架時間，同時在對接過程中加強圍巖離層和變形監測。

4 結 論

（1） 三元煤業下霍煤礦2303 工作面在運輸順槽掘進過程中揭露了落差為15 m 的Fd34 正斷層，該斷層落差已嚴重影響工作面正常回采，因此，針對斷層走向情況，制定了刀把式工作面回采方案。

（2） 刀把式工作面的大、小切眼對接難度較大，應制定科學合理的切眼對接方案。

（3） 切眼對接準備工作中，做好對接前后區域的頂板支護；對接過程中，嚴格按規定流程對設備進行移位、拆卸和安裝，盡量縮短對接時間。