綜采工作面過斷層采煤技術實踐

＊張曉波

（太原煤炭氣化（集團）有限責任公司 山西 030024）

引言

作為傳統的煤炭生產國，我國在工作面斷層的技術相對成熟，其煤炭能源具有很大程度的發展前景。盡管受到全球煤炭資源市場疲軟和產能減少等影響，導致煤炭生產雖然有所下降，但其煤炭產量仍達到約10.3億噸，從我國煤炭生產的實際情況看，地質條件通常是復雜度較大的。綜采工作面斷層是采礦和巷道開挖中最明顯的地質結構，它的存在很容易使周圍的碎石層堆積大量的水和氣體，當采掘面經過這些地方時，如果未能及時采取有效的預防措施，很容易導致工作面上發生煤礦事故，例如瓦斯涌出、泄漏等，因此，應加強技術人員安全意識，實現礦山的長期、安全、高效生產。

1.工作面過斷層常用方法概述

（1）采高調整法。在綜采工作面采用采高調整法時，主要為了保留斷層上壁和下壁之間的煤層厚度，該程度高于液壓支架的下限，其功能目的是盡可能避免煤礦開采作業中出現的故障，并保證生產效率和安全性。使用此方法之前，應對要通過的斷層及其各種參數進行詳細的地質調查，以確保適當范圍內內部降低到合理的支撐高度，調整高度的主要優點是該過程易于操作，產生的煤石率低且有利于維護工作臺面設備；缺點是當工作面通過斷層時，部分底部煤將流失。

采高調整法在應用中首先需要準確把握斷層錯位及其走向；其次應調整好切割高度，根據故障及其與采礦機的關系保留頂板，采用切底、切頂的方法結合實踐，最后要特別注意的是，當綜采工作面遇到比較特殊的故障時，企業可以抬高工作面，使采煤在較低級別的情況下進行[1]。

（2）硬過平推法。當工作面前進時，遇到的斷層下降是有限的，但是一旦出現不能通過采礦實現高調整時，可以使用硬過平推的方法。在使用中，應根據實際測量結果提前測出故障的距離，從而保證斷層數據在巖層上執行破巖操作，但是由于采煤機受力有限會破壞巖石，因此該方法僅適用于工作面的頂板和底板。這種方法的優點是過程簡單易行；它的缺點是采煤機鎬的嚴重磨損以及頻繁的更換，導致工作面的頂部難以管理等問題。

（3）臥底挑頂法。臥底挑頂法在本質上是一種平推和硬傳遞的表現，在特定操作過程中，工作面向前切開，低于斷層后面的直接層，然后選擇頂級方法。在這種情況下，應采用抬底的方法，具體來說，臥底挑頂法是依靠風鎬或爆破等待采煤機以其他方式穿過巖石，從而進行工作面的跨斷層操作。在實際使用中，施工人員應首先檢查故障爆破孔的質量，選擇分配方法、相關參數和爆破度，該方法的使用對工作面開采范圍有一定影響。臥底挑頂法的優點是有效避免了過多的采礦設備，從而節省成本；但缺點是施工過程比較復雜瑣碎，施工困難，并且實際施工速度慢。

（4）跳采法。跳采法通常稱為旁路法，主要用于故障掉落和影響范圍較大時，可以分為全部跳過和有兩個部分跳過，后者通常需要大量的工程，并且對采礦有負面影響，應用較少；前者通過尺寸的變化相互聯系，有助于改善煤層的采收率，但是中間車道的建設、通風系統及相關設備的連接使其成為需要重點關注的部分。同時應根據斷層的位置，將采煤工作面局部移動或調整之后，挖掘一條新的巷道進行煤礦開采。跳采法的具體用途是，當傾斜的交點與綜采工作面傾斜時，斷層落差變大，難以通過，也可以根據現場環境挖出一條與故障平行的新車道，需要確定路段材料和運輸是否存在良好的聯系，同時除了密切關注故障情況外，還應適當加強支持，以有效地保障煤礦安全和經濟。

（5）綜合法。煤炭開采技術具有綜合特點，在實際工作中經常會受到許多因素的影響，并阻礙煤礦的發展，因此有必要綜合考慮各種情況，并根據當地情況采取措施，而不是使用相同方法貫穿整個煤礦開采過程。方法太單一會導致煤炭加工過程中存在許多漏洞，因此，為了防止不必要的問題出現，跨斷層開采煤炭時應采用綜合方法。

2.綜采工作面過斷層時可用的其他輔助措施

綜采工作面過斷層時可用的其他輔助措施包括：其一，應該適當的將整個工作面的方向進行調整，這樣可以有效改善工作面與故障之間的直接接觸夾角，但是需要注意的是，隨著工作面角度的調整，長度也會在一定程度上變化，因此，在實際施工過程中，必須仔細選擇更改內容[2]。其二，當工作面穿過斷層時，支架的俯仰角應小于14°，故應基于斷層的結構，綜合判斷施工的性質和工作面的屋頂巖性，以確定是否選擇頂部或底部挖掘或同時挖掘兩者，以便有效地保持，同時，盡可能減少碎石的數量。其三，過斷層時，應預先降低采礦高度，從而提高了支撐的穩定性，減少碎石操作的數量，且支柱還應保留一定的擴張幅度，以確保過斷層時，支架不會被壓碎。其四，工作面過斷層時，應確定是否需要挖掘某個局部區域底部或保持底部的構造，以確保整體變化。其五，過斷層時應進行外部運輸，盾構型比支撐型更容易適應斷裂帶，故選擇時需對地區進行科學合理的分析。

3.工程概述與工作面過斷層方案

（1）工程概述。本工程的礦山工作面位于礦山北翼，其平均厚度為3.6m；傾斜角度為6°；工作面總長度為1050m；采礦長度為160m；假屋頂約0.8m厚碳質泥巖；直接屋頂是粉砂巖，平均厚度約為5m；中間關節發育良好[3]。將整個工作面切割為100m的距離，在斷層的情況下，斷層下降為7.2m，屬于下降幅度較大的斷層，它極大程度的影響了采礦工作正常進行。

（2）工作面過斷層施工方案。鑒于斷層跌落較大，穿過該斷層的工作面不適合采礦，需使用調整采礦高度的方法，再加上上層屋頂的巖層（砂巖）巖體強度高，用平推硬通方法很難通過故障，所以，經考慮后選擇了兩個選項：其一是爆破和地下掩護以過斷層；其二是跳采法，經過比較分析，最終采用跳采法。工作面開采水平的確定，主要根據施工現場實際條件與地質數據相結合，在施工期間應注意：①水平調節原理：當工作面底部超過1.0m時懸掛板按操作規程要求進行。②調整開采范圍時，每把刀的頂部或臥底不得超過100mm。

（3）工作面過斷層安全技術措施。工作面過斷層的安全技術措施共有以下幾點需要注意：①在故障期間，準備碰撞楔子、金屬網、單個液壓支柱、鏟子等，用于屋頂下降的各種工具和材料。②預先支撐的單個液壓支柱必須有足夠的支撐空間，確保山體堅固。③刮板輸送機的機頭和機尾發生故障時，應預先處理三角形區域的屋頂，在故障期間，下端和尾道撤退前，必須檢查后路的單個液壓支柱，當預設的定力不足時，需進行第二次注油，以確保尾部回撤點后面的道路安全。④嚴格按照操作規程進行操作。⑤采煤通過裂縫區時必須控制采煤機步行速度，以防止煤石和煤傷害到人。

⑥在故障期間，當人員需要工作時，采煤機應停止切割煤，將手柄歸零，然后拆下鼓式離合器，需要噴砂時，應做好液壓支撐柱和各種管道的保護。

4.綜采工作面過斷層采煤技術實踐探析

（1）應用支護技術。為了避免斷層采煤時冒頂，煤礦企業應在巷道中使用支撐技術，例如，某種煤炭在該煤礦的綜采工作面中，距離明挖距離為90m，當跌落故障無法通過時，在距原始工作面30m的距離處重新開槽（以消除故障）。由于與原始切口的距離很小，工作面的超前壓力會增加，因此，在新巷道的開放使用中，應使用螺栓-網索組合支撐技術。

（2）增加工作面推進速度。減少屋頂損壞的有效方法是合理的提高工作面前進速度。隨著工作面前進速度的加快，煤壁暴露的時間越快，因此，在特定范圍內合理提高工作面的前進速度，有效將煤炭的開采效率進一步提升，將總成本降至最低，從而為煤礦企業增加了利潤。

（3）調整工作面與斷層線的夾角。通常，如果煤層的傾斜部分等于或大于掉落部分，即可以將工作面推進。如果工作面和斷層線平行，將導致更大的故障暴露，因此，應合理將工作面的方向進行調整，使綜采工作面的斷層之間出現夾角的存在，這種夾角越多，其交叉面積就會越小，從而減少維護屋頂的難度[4]。一般情況下，頂板工作面在實際應用中會出現中等程度的穩定性狀態，其工作面和斷層之間最合適的角度是20°-30°，如果頂板的穩定性較差，就應將夾角設置在30°-45°之間更為合適，但這將大大增加綜采工作面的長度，因此，到底是否選擇這種方法，需要綜合考慮多種因素[5]。

（4）做好斷層處巖石處理。斷層處巖石的處理是過斷層綜采工作面的主要內容，如果斷層處巖石的硬度系數低于4，就可以將其使用切割的方法進行巖石處理[6]。值得一提的是在處理故障過程中，需要發射小型炮，并且必須嚴格控制裝藥數量，只有確定了爆破孔的位置和角度后才能進行鉆孔制成。

5.結束語

近年來，綜采技術在我國煤炭開采領域得到了不斷的推廣，煤炭一直是中國能源的主力，同時應對煤礦開采中的常見問題進行積極深入的研究，以促進煤炭工業的發展。過斷層進行綜采的煤礦，必須根據具體情況采取不同的措施，在長期實踐中，不斷的探索和完善，使過斷層綜合開采技術逐漸變得更加安全。