綜采工作面過斷層回采工藝技術研究分析

黨 章

（晉能控股煤業集團泰山隆安煤業有限公司，山西 忻州 036600）

隨著煤礦綜采工作面生產機械化水平不斷提高，綜采工作面生產能力也隨之加大，工作面在回采過程中地質構造如斷層、陷落柱、地壘等是制約工作面回采效率的重要因素。斷層是綜采工作面常見地質構造之一，斷層侵入工作面不僅破壞了工作面煤層及頂底板巖體整體穩定性，增加了工作面過斷層期間回采難度，而且斷層帶處巖體穩定性差、破碎，在過斷層期間很容易發生頂板事故，所以綜采工作面過斷層時采取合理有效的回采工藝及支護技術[1-5]，對工作面安全高效回采具有重要意義。

1 綜采工作面過斷層技術難題

綜采工作面回采時，斷層作用破壞煤巖體整體穩定性，導致斷層帶附近煤巖體裂隙高度發育，工作面在過斷層時存在很多技術難題，主要表現在以下幾方面：

（1）斷層帶處煤巖體穩定性差。斷層破壞了煤巖體力學結構，斷層帶附近煤巖體在構造應力作用下，煤巖體裂隙擴張破壞嚴重，當工作面回采至斷層帶處時，在構造應力、回采應力等集中應力破壞作用下，煤巖體嚴重破碎，主要體現在端面頂板破碎嚴重、端面距加大、煤壁片幫嚴重。

（2）維護難度大。綜采工作面主要采用液壓支架進行頂板控制維護，液壓支架支護屬于被動支護，由于斷層處頂板及煤壁煤巖體破碎嚴重，支架在升壓時對頂板產生一個被動支撐作用，該作用力對不穩定破碎頂板產生切頂破壞作用，加劇了頂板破碎力度，頂板支護難度大，達不到頂板預期支護效果。

（3）設備故障率高。在過斷層期間工作面頂板易冒落，導致支架頂梁上方出現托空現象，增加了支架移架難度，經常出現支架倒架、陷架現象。同時，大面積煤壁片幫不利于采煤機割煤以及刮板輸送機運煤，設備負荷加大，增加了設備故障率。

2 綜采工作面過斷層的常用方法

2.1 跳采法

當工作面揭露斷層落差在5.0～10 m 范圍內且對工作面回采影響長度在20～50 m 范圍內時，采用傳統回采工藝不僅效率低、找煤難度大、煤柱損失量大，而且破巖量增大，在破巖時機械設備損壞嚴重，所以適宜采用跳采法進行回采。即沿著斷層走向面施工一條巷道，提前對斷層處巖體進行開挖，避免工作面過斷層時截割巖石，使工作面過斷層變為過空巷。采用該方法工作面過斷層時破巖量相對較小，且回采速度快，但是增加了工作面掘進工程量，而且鑿巷后需對巷道內進行加強支護，當工作面回采應力進入該巷道時，易在巷道內產生卸壓破壞作用，巷道變形嚴重。

2.2 直接回采法

當工作面揭露的斷層落差較小，且斷層上下盤揭露的煤層最小厚度大于支架最小高度時，可采用采煤機直接破巖的方法進行回采。一般過斷層支架下限通過高度：H=h1+h2+a，其中：h1為液壓支架下限高度，m；h2為頂板的最大下沉量，m；a 為支架在下限工作狀態下液壓柱伸縮量。該方法具有回采速度快，過斷層期間機械設備調整幅度小等優點，但是當斷層處巖體硬度大，厚度大于0.5 m 時，采用該方法過斷層時機械設備損壞程度大。

2.3 新開切巷法

當工作面揭露的斷層落差大于10 m 且斷層貫穿整個工作面時，可采用新開切巷法進行回采。即在工作面前方50～100 m（避開回采應力區）新鑿一條切巷，然后將原工作面內設備全部搬至切巷內進行回采。該方法完全避開了大斷層對工作面回采影響，但是增加了工作面設備搬家回撤次數，延長工作面回采周期，而且該方法會造成采空區內遺煤量大，不利于采空區安全管理。

2.4 仰俯斜回采工藝

當工作面揭露的斷層落差在1.0～3.0 m 范圍內，且小于工作面回采煤層厚度時，根據斷層性質，合理分析斷盤兩側煤體走向，可采用仰斜（正斷層）或俯斜（逆斷層）回采工藝。即工作面在揭露斷層前10～20 m 范圍內按設計角度進行仰斜或俯斜回采，直至完全過斷層帶且揭露斷層另一盤煤層。該方法可減少工作面破巖量，增加煤柱回采量。但是在仰俯斜回采時，頂煤預留難度大，頂板相對破碎，需對頂板進行加強支護。

3 實際應用分析

3.1 工程概述

泰山隆安煤礦8204 工作面位于井田二采區西翼，工作面南部為二采區運輸下山，西為8202 采空區，東為8206 工作面運輸順槽，北為實煤區。8204 工作面切巷長度為182 m，回采長度為1177 m，工作面回采煤層為8#煤層，煤層平均厚度為5.2 m，平均傾角為4°，采用低位放頂煤機械化回采工藝，回采高度為3.5 m，放煤高度為1.7 m，工作面已回采240 m。

地質報告顯示，8204 工作面在回采過程中共計揭露7 條正斷層，斷層最大落差為2.3 m，最小落差為0.6 m。工作面已揭露3 條斷層，根據工作面前期揭露斷層時回采現狀來看，工作面在過斷層期間頂板、煤壁破碎嚴重，頂板最大空頂距達1.8 m，煤壁最大片幫深度達2.2 m，導致工作面過斷層期間回采速度不足4.0 m/d。

3.2 綜采工作面過斷層回采工藝

8204 工作面回采至560 m 處揭露F7 斷層，斷層落差為2.3 m，平均傾角為52°。由于斷層落差較大，受斷層影響工作面煤體出現上移現象，若采用直接回采工藝時，需破斷層下盤底板巖體。該巖體主要為砂巖與泥巖，巖體單軸抗壓強度35 MPa，破巖量達2100 m3，不利于工作面安全高效回采，所以決定采用挑頂留底仰斜回采工藝，如圖1，具體回采方法如下。

（1）工作面回采至距F7 斷層10 m 處時，及時調整工作面偽斜并清理浮煤，保證工作面支架平直且具有足夠的工作阻力，頂板端面空頂距控制在0.3 m 以下，頂板不得留有“馬棚、傘檐”等。

（2）工作面從550 m 處時開始調整采煤機角度，以10°仰角仰斜回采。由于8204 工作面回采煤層為5.2 m，所以可適當降低采煤高度，控制在2.5～3.5 m范圍內，保證仰斜回采時減少頂板破巖量。

（3）當工作面回采至555 m 處時，應降低采煤機切割速度及割煤深度，在斷層帶處應采用分段割煤以及超前帶壓擦頂移架方式，分段割煤長度控制在30～50 m 范圍內，從而保證支架對破碎頂板及時進行支護。

（4）8204 工作面仰斜回采過斷層帶后且完全揭露斷層下盤煤層頂板時，再次調整采煤機采煤角度，停止仰斜回采工藝，采用近水平回采工藝，并逐漸調整采煤高度至設計值。

（5）工作面在仰斜回采過程中，若頂板相對破碎導致支架工作阻力或初撐力達不到設計值時，可對工作面頂板施工一排撞楔超前支護進行頂板維護。當頂板破碎且煤壁片幫嚴重時，可采用注漿加固技術對煤壁及頂板進行維護。

圖1 8204 工作面過F7 斷層仰斜回采剖面示意圖

3.3 實際應用效果分析

8204 工作面回采至592 m 時，通過了F7 斷層破碎帶，采用仰斜回采工藝以及合理有效的支護技術后，工作面在過斷層期間未出現頂板嚴重破碎現象，煤壁片幫深度控制在0.5 m 以內，端面空頂距控制在0.3 m 以下。與傳統回采工藝相比，該回采方法減少破巖量達1850 m3，降低了機械設備故障率，提高原煤回采量達0.87 萬t。工作面過斷層期間回采速度為6.7 m/d。

4 結束語

綜采工作面過斷層期間，應根據斷層產狀以及斷層對工作面影響程度采取相應的回采工藝。同時，過斷層期間應采取合理有效的支護技術，保證工作面安全快速過斷層，避免過斷層期間發生頂板冒落、垮落等頂板事故，降低設備事故率，保證工作面安全高效生產。