煤礦掘進工作面過斷層技術

＊孔德勖

（山西省煤炭工業廳煤炭資源地質局 山西 030045）

改革開放后我國經濟快速發展，能源需求也日益增加，煤炭作為重要的能源，其開采過程受到了社會各界的廣泛關注。巷道掘進是煤炭開采中的關鍵環節，此過程時常遇見結構各異的斷層，斷層周圍圍巖應力集中，頂板與煤層極易破碎脫落，不僅增加支護難度，還嚴重威脅工作人員的生命安全。煤礦企業應加強重視，選擇合適的過斷層方法，全方位保證掘進安全與速度，進而為企業的可持續發展奠定堅實基礎。

1.概述

(1)斷層的產生原因

斷層是煤礦開采中不可避免的問題，容易拖慢工作進度，嚴重影響煤礦企業的生命財產安全，需加大研究力度，明確斷層的產生原因，為制定過斷層方案提供參考資料。煤礦巖石層受力超出一定范圍后會破碎形成縫隙，縫隙相互連接便會形成斷面層，斷面層承受力小，兩側會滑動產生塌陷，威脅工作面掘進安全。

(2)斷層產狀的判斷

斷層判斷方法包含圖1中列出的兩大類，下文對其進行簡單論述。①直接判斷法。此方法適用于影響范圍較小的斷層，工作人員應綜合分析煤巖體結構，注重斷層的派生結構，在此基礎上確定斷層產狀與影響。斷層派生結構有擦痕、牽引與褶皺等分類，可根據觸感直接確定斷層斷盤。此外，工作人員還應注意煤層組特征、煤層結構、物理性質等信息，利用層間距快速識別斷層位置。②間接判斷法。受地質水文條件影響，井下開采環境復雜惡劣，很多斷層產狀無法直接判斷，工作人員需尋找科學有效的判斷依據。規律推斷法依據工作面掘進經驗總結斷層特性，對開采中遇見的斷層進行判斷，此方法主觀性較強，可作為輔助判斷依據。作圖分析法需在地質資料圖中標注已揭露的斷層位置等信息，結合經驗實施判斷。隨著科學技術不斷發展，越來越多的高新技術應用于工作面斷層判斷，發射波法可利用電磁波在不同結構中能量、頻率等數據的變化判斷斷層產狀。

圖1 煤層產狀的判斷方法

(3)煤礦過斷層的類型與技術

利用直接判斷法和間接判斷法總結出的煤礦掘進工作面斷層類型主要有三種（詳見圖2），工作人員應加大研究力度，明確不同斷層的特點與過斷層技術。第一，平巷過斷層。煤礦水平巷道掘進中存在斷層情況，結合經驗分析其屬于傾向斷層，需及時處理，避免造成不必要的經濟損失與人員傷亡。若平巷道斷層內無積水且周圍巖體壓力較小，可繼續掘進，若巖體壓力增大，需立即停止掘進。針對此種情況，工作人員可從另一方向與斷層平行掘進，以免導致坍塌事故。第二，傾斜巷道過斷層。煤礦工作面掘進時需根據煤層分布確定掘進方向，經常在向上或向下挖掘時遇見斷層，工作人員可合理調整工作面坡度，準確判定斷層產狀。若斷層實際落差較大，需在斷層的石門位置更換掘進方向。值得注意的是，工作人員可采用臥底和挑頂相結合的方式提高斷層判斷的快速性與準確性。第三，過大斷層。過大斷層是安全事故發生頻率最高的斷層類型，需引起煤礦企業注意，及時采取有效措施全面保障采煤安全。過大斷層的周圍巖石破碎松軟，需選用更有效的支護方式，一般情況下采用注漿法加固斷層巖體，可先導硐后通過注漿處理提高頂板與周圍巖石的承載力。工作人員應根據斷層的具體情況確定注漿孔的深度與密度，確保掘進工作順利進行。

圖2 煤礦過斷層的類型

2.煤礦掘進工作面過斷層技術的實際應用

(1)調整割煤高度

煤礦開采過程中工作人員應合理調整割煤高度，以免影響掘進安全。工作人員事先計算好斷層和工作面間所需的過渡段距離，確保割煤操作后能順利通過斷層。一般情況下，可在距離斷層5cm的位置處選擇預留頂煤或地煤的方式。出于見頂、見底開采考慮，需將采煤機切割厚度控制在一定范圍內。如果斷層落差較大則不適用該種方法，工作人員還應關注斷層周邊的煤層厚度，當煤層厚度大于液壓支架高度才能降低掘進開采風險。調整割煤高度可最大程度的降低截齒消耗量，有助于降低煤炭中的含矸率，提高采煤質量與效率，促進煤礦企業的良好發展。

(2)按照斷層走向掘進巷道

科學完善的實地考察工作是確保煤礦工作面掘進安全與效率的基礎，工作人員應具備豐富的專業知識，對井下斷層的分布情況進行仔細分析，根據分析結果確定工作面掘進方向。目前，現代信息技術高速發展，工作人員可利用先進的設備采集與分析斷層情況，進一步提升斷層產狀判斷的實效性與精準性。另外，工作人員應及時清除斷層附近的破碎巖石，為后續掘進施工做好準備，便于工作人員按照新開發的無煤帶掘進巷道。按照斷層走向掘進巷道在提升開采效率方面有著積極影響，因工作人員無需切割巖體，可用最小的施工成本創造更大收益。但值得注意的是，完全按照斷層走向掘進巷道會影響井下通風，需時刻關注通風與支護措施，不斷改善開采環境，以免危害工作人員的生命安全。

(3)割頂底煤過斷層

煤礦工作面掘進過程中經常遇到小范圍的地壘結構，工作人員可先清除障礙，為掘進設備運行提供必要條件。總結來說，沿斷層走向掘進工作面時應事先分析斷層走向，明確斷層厚度、結構與煤層情況等基礎信息，然后清理工作面中的碎石碎煤，順利通過無煤帶完成掘進工作面。割頂底煤過斷層能大幅度提高掘進速度，且施工量小，可顯著提升采煤效率。

(4)跳采法

跳采法也是煤礦掘進工作面過斷層的有效方式，能保證掘進工作順利進行，促進采煤作業安全落實。跳采法實施過程中，工作人員需確定斷層與煤層的相對位置，分別掘進一條材料巷道和全煤巷道，為盡量避開斷層危害，需保證材料巷道與全煤巷道平行掘進。目前，跳采法的適用條件較為嚴格，只適用于兩側斷層的傾斜距離小于30m的工作面，否則將無法實現跳過斷層的目的。另外，跳采法實施時還需時刻監測斷層面壓力變化，以免出現坍塌事故。

3.煤礦掘進工作面過斷層的安全措施

近年來，掘進工作面斷層導致的煤礦安全事故頻發，因此做好煤礦掘進工作面過斷層的安全防護具有重要意義。

（1）做好前期調研。煤礦企業應重視掘進前的地質勘探，結合歷史資料與數據確定安全合理的掘進方案與安全防護措施，思考后期可能出現的地質變化，提前制定支護方案。

（2）掘進過程中嚴格遵循相關原則。煤礦企業應制定嚴格有效的安全制度，提高工作人員的安全意識，發現有違規操作立即處罰。為保證開采安全，工作人員應至少兩人一組，一人操作一人監護，遵循敲幫問頂制度，盡快找到懸矸危巖的位置，立即采取支護措施。

（3）提升支護設備質量。支護設備是確保煤礦井下作業安全的重要設施，需選擇合適的支護形式與設備才能盡量增大頂板的強度與穩定性。掘進工作面過斷層時可選用前探梁臨時支護與逼迎面墻裝置，并根據施工進度及時調整位置，必須保證工作人員在安全的環境下采煤作業。

（4）重視爆破作業。專業人員應制定科學安全的爆破方案，嚴格控制裝藥量，并盡可能加大支護密度，減少對圍巖和頂板的震動和破壞。

（5）加強人員管理。井下施工應制定嚴格可行的標準操作規程與安全檢查制度，做到及時發現問題及時上報處理。

（6）預防冒頂事故。工作人員應提前安裝防倒棚設施，降低冒頂風險，同時加快掘進速度，盡可能一次成巷，減少圍巖暴露時間。

4.總結

綜上所述，過斷層技術在煤礦工作面掘進中占有舉足輕重的地位，與采煤安全、效率息息相關，煤礦企業要想在激烈的市場競爭中占據有力地位就需深入挖掘過斷層技術的特點與優勢，結合煤礦的實際情況準確判定斷層類型，以此確定斷層技術應用策略，為生產安全保駕護航，進而為煤礦企業的健康發展注入源源不斷的力量。