煤礦綜采工作面快速過斷層回采工藝探討

（山西晉煤集團晉圣松峪煤業有限公司 山西 048000）

前言

在進行回采的過程中，往往出現一些斷層等特殊的地質構造情況，尤其對于中小型斷層而言，其可能會對掘進與回采工作帶來一定程度的影響，以及對設備的消耗比較大。當掘進遇到斷層時，往往可以使用放炮的形式，可是該措施不利于設備的管理以及會降低回采效率，更有甚者會出現片幫冒頂的現象，進而嚴重限制掘進進度。對于正交型的斷層而言，可以使用旋轉調斜回采形式，對回采位置進行調整，進而可以使得工作面與斷層保持平行，便于綜采設備調整角度，進而提高工作效率。

1.工程概況

對松峪煤業的采煤層2號、15號煤層進行觀察發現，2號煤層平均厚度為2m，而15號煤層平均厚度為2.8m。15號煤層頂板主要包括如下幾個巖石結構：第一，泥巖；第二，砂質泥巖；第三，砂巖等。借助機械化的手段實現一次采全高技術，實現長臂采煤，以及全部跨落法實現對頂板的管理工作。

對于15號采煤區而言，其包括151302工作面，其參數如下：走向長為705m，傾向長度為150m，相應的煤層厚度為2.8m。在151302工作面切眼相外460m的位置處存在一個回風巷，同時在240m位置FJ1正斷層落差7m，相應的傾斜角度為55°。此斷層屬于正交斷層，可以形成一個切眼夾角為18°。當該斷層向回風巷工作面延伸時，能夠影響傾向長度可以達到56m，對于該區域的煤層底板進行開采時，通常采煤機割矸需要使用松動炮才可以實現對割矸回采。

2.傳統松動炮過斷層工藝分析

(1)松動炮強行通過斷層回采方法

假如在掘進時，綜采工作面遇到斷層可以使用放炮與采煤機的形式進行強行回采，下面以FJ1斷層為例進行說明：

①當斷層完全暴露在工作面前時，可以在斷層下盤煤層頂板上的采煤機截割范圍進行施工松動炮孔工藝。孔深深度設定為1.0m，直徑設定為42mm，炮孔方向與回采方向保持一致。共計設置向下兩排炮孔，上排孔距離頂之間的距離為0.3m，而相應的下排炮孔距離上排孔之間的距離設定為1m，如圖1所示。

圖1 排炮孔布置情況圖

②當完成炮孔施工之后，可以在炮孔內部設置乳化炸藥，每一個孔設置的藥量為0.3kg，使用水泡泥進行封孔，封孔長度設置為0.5m，最終使用電雷管進行引爆。

③當在斷層下盤煤層頂板放炮之后，可以使用采煤機實施截割，每刀割采深度可以達到0.5m，當完成兩個循環之后可以繼續實施松動炮工藝，一直通過斷層為止。

(2)放炮過斷層工藝缺點

①由于破巖比較多。破巖相對較多，同時在設備方面的損耗比較多。經過調研煤層頂板是由粉砂巖組成，其硬度相對較大，即使實施提前松動爆破，往往也會對采煤機帶來較大的損害。

②工作面推進效率相對較低。所選用的循環往往都使用松動爆破的形式，施工所實施的炮孔數量以40個為基準，同時打孔和裝藥時間控制在3h，爆破所需要的時間共計40min，因此致使工作面回采效率低下不足3m，回采效率相對低下。

③降低回采率。當前由于在工作面斷層受影響長度65m，經過計算在放炮回采煤機浪費煤量可以達到5000t，直接導致經濟損失200萬元。與此同時，假如將大量的煤留在采空區，將會導致大量的瓦斯涌出，進一步加劇瓦斯治理難度。

3.旋轉調斜過斷層回采工藝分析

(1)旋轉回采工藝

為了更好地優化工作面斷層的回采率，不僅可以有效地減少低煤與破巖石量，而且極大的提高過斷層的效率。當回采到距離斷層5m時，可以選用旋轉回采方式，進而使得工作面與斷層保持平行。

①151302工作面設置的刮板輸送機，其達到最大彎曲角度達到1.5°。通常采煤機在回采時，其深度要達到0.6m，每前進一次刮板輸送機允許達到長度為：L=0.6/sin1.5°=22.9m。當工作面選用的液壓支架寬度為1.5m時，其允許彎曲范圍支架數量將為15架。

②在旋轉回采之前，必須調直切眼，接著，可以把相應的采煤機設置到92架位置，同時向機尾側進刀，其采深可以達到0.6m。

③采煤機可以從77架開始向機尾實現進刀，當實現回采之后機尾端依舊返回到77架位置，接著將77到92架間的刮板機向前移動。

④斷層與切眼之間的夾角為55°，當工作面機尾切斷斷層之后回采可以達到17.6m，這時可以把該斷層全部顯露出來。由于在工作面位置僅僅需要四次旋轉循環即可將工作面與斷層保持平行。

(2)調斜回采工藝

經過旋轉工藝可以實現揭露全部斷層，既可以通過全部的斷層。為了能夠有效地優化回采率，可以使用調整采煤機俯斜回采的形式通過斷層。

①切眼從機頭到機尾位置下行回采的過程中，當其到達斷層14m位置處，通過調整采煤機的角度，將角度設置為-7°實現回采。

②假如采煤機俯采到斷層下盤煤層底板位置時，這時將采煤機角度調整為水平回采位置。

③當使用俯斜回采時，往往需要設置斷層上盤頂煤，其厚度范圍在0到1.7m之間。依據回采的相關經驗發現，在回采時由于受到來自于動壓的影響，留煤難度較大，往往導致頂板出現跨冒的風險。因此，需要實施注漿加固實現聯合支護。俯斜回采過程中，可以實施頂煤施工注漿鉆孔形式，其深度可以達到3m，傾斜角度可以達到-7°，間距達到2m。與此同時實施轉孔高壓注漿，以及使用鋼釬進行撞楔超前支護，其中鋼釬之間的間距設定為0.5m，排距設定為2m。

4.效果

（1）對于斷層而言，可以使用旋轉調斜回采的方式使得回采工作面與斷層保持平行，在調整設置后集中通過斷層可以優化設備的管理以及相應的回采效率，降低破巖量預計丟煤率。

（2）在回采時使用俯斜工藝，能夠有效的減少斷層下盤破巖量，其數值可以達到4000m3，煤產量可以增加5000t，進而能夠有效地提高回采煤量。

（3）經過工作面斷層時，可以通過注漿的形式對上盤頂煤進行加固，進一步提升了頂煤膠結度，其中煤體單軸抗壓強度可以達到55MPa，進而能夠有效地避免出現頂板跨冒安全事故。