煤礦井下采煤工作面過斷層應用研究

＊郭永福

（山西華陽集團南嶺煤業有限公司 山西 030400）

引言

煤礦出現斷層是一種自然現象，因為巖層結構與受力強度不均勻，就會出現不抗力的破裂情況，產生巖層斷裂的斷層現象。煤礦層中的斷層都是破碎的巖石構造，存在不穩定因素，煤礦開采中遇到斷層工作面是比較危險的，因為斷層的巖層不完整，開采的時候如果沒有提前處理斷層，做好支撐防護工作，采煤作業連續掘進的話，則很容易出現塌方等嚴重的礦井安全事故。而采煤工作面的過斷層技術就是針對斷層而做增加的支護措施，提高采煤工作的安全性，讓煤礦開采作業能夠保持高效率。

1.斷層對煤礦開采的影響

斷層是地質層中一種常見的巖層構造形態，因為長期的地殼運動壓迫巖體的結構，受力不均勻的巖體受到強大的壓力與張力，就會受到高強度破壞，導致巖層碎裂。在煤礦的開采工作面中，如果遇到斷層情況，綜采工作面的頂板碎裂嚴重，開采設備無法推進作業，而且存在巨大的安全隱患，難以保證采煤作業的安全。采煤過斷層技術則是針對采煤作業連續掘進遇到斷層的一種處理方式，但是如何有效的處理斷層危害，還需要從多方面分析，更好地應用過斷層技術，保證綜采工作的順利開展。

(1)對煤礦采區布局和作業方式的影響

煤礦開采前都需要對煤層的地質條件進行深度勘測，然后根據地質情況進行開采布局與作業技術規劃。遇到斷層的煤礦地質結構，因為考慮到其影響煤層連續作業的復雜性，為避免出現嚴重的地質塌方與煤礦資源浪費的情況，一般煤礦施工技術人員就會在地質勘察及開采布局設計時，就將斷層作為開采區域的邊界，盡量不規劃在連續作業的范圍內。在采煤工作面的過斷層技術應用中，必須要根據礦井實際條件，綜合勘測分析斷層的結構，根據斷裂的程度，科學選擇開采技術。

(2)對巷道掘進量和工作面布置的影響

煤礦井下開采掘進一般都會布置巷道，根據煤層的分布情況開挖巷道，如果遇到斷層結構，煤層受到明顯的破壞，巷道的掘進工作也會受到影響，這時候就需要根據斷層界面的分布趨勢進行巷道調整。在遇到大范圍的斷層地質時，無法清楚判斷煤層的分布情況，要確認煤層的具體位置，則需要開挖新的巷道，這樣不僅加重了掘進工作量，還會給地面帶來一定的安全隱患。所以在斷層的工作面布置中，必須要提前摸清斷層的分布范圍，做好規避斷層，或者選擇小范圍斷層界面通過，降低井下開采作業的難度，更好地保障煤礦開采作業的效率與安全性。

(3)對煤礦井下開采作業安全性的影響

煤礦產業一直以來都被認為是高薪產業，但同時也是高危行業，井下采煤作業面臨著重大的生命安全威脅，所以在煤礦企業的發展中，安全生產被視為長遠發展的核心指導理念，是高效益的基礎。煤礦井下開采作業環境中，復雜的地質條件，高危的工作頁面，存在著較為嚴重的安全隱患，加上斷層結構的存在，復雜破裂的斷層，可能會導致煤層與地下含水層相通，如果斷層界面沒有提前做好支護措施，斷層工作面可能會對含水層造成一定沖擊，嚴重的可能會引發礦井遭遇水害，出現井下遇水的安全事故。

斷層地質結構除了會引發礦井水害之外，還可能會造成煤層中的瓦斯泄漏和積聚，本來井下作業就不通風，斷層會導致瓦斯濃度積聚超標，存在讓礦工瓦斯中毒的風險。如果礦井內溫度過高，或者遇到摩擦、明火等，還會發生嚴重的礦井瓦斯爆炸事故，嚴重威脅礦井作業人員的生命安全。斷層結構是一種不良的地質形態，會加大井下支護的難度，提高礦井生產作業風險，必須對其進行綜合勘察設計，選擇出最科學合理的過斷層施工技術，保證礦井施工安全。

(4)對煤礦企業生產效益的影響

煤礦產業是高耗能產業，煤礦的生產流程比較復雜，生產成本、開采效率和開采產量、開采安全性等方面，都會對煤礦企業總體生產效益產生影響。煤層開采中遇到斷層結構，會讓煤礦采區的布局設置難度加大，對開采技術的要求也更高，巷道的掘進量也隨之加大，無形之中就加重了煤礦開采成本。而且遇到斷層地質層的開采面，因為地質條件復雜，會降低煤礦開采的效率和產量，煤礦的整體收益也會隨之減少，而過斷層技術應用不成熟的話，還會加大礦井作業生產事故，制約煤礦產業的整體發展。

2.煤礦井下開采工作面過斷層技術的安全應用措施

(1)工作面水源災害的防治

煤礦的采煤工作面掘進過程中，如果遇到斷層地質接近地下含水層的時候，必須先對含水層區域做好隔斷防護工作，提前規避礦井滲水等危險事故的方式，保障采煤施工進度的穩定。斷層地質是引發井下工作面的水源災害的重要因素，在應用過斷層技術隔絕含水層與礦井的時候，必須提前做好整體勘測規劃，對含水層進行綜合考察，了解地下水文的分布狀況，開采施工時提前做好防水、排水措施，防止井下積水、滲水，讓采煤掘進工作可以順利開展。如果發現斷層引發的地下水倒灌，需要立即采取措施，疏散井下作業人員，并排出地下水，防止地下水沖刷、侵蝕造成的礦井坍塌等嚴重事故，保證采煤作業人員的生命安全。

同時，采煤的生產隊管理人員要針對每天的掘進速度，地質層的結構變化以及天氣降雨情況，采煤質量等，進行綜合的勘察檢測，對井內工作面進行實時的監控管理，全面掌握地下水的水情變化，如果地下水水位超過警戒線，出現異常水位，就需要立刻上報管理中心，采取緊急措施進行防治，降低礦井的安全隱患。為了更好地應用過斷層技術，加強工作安全防護，采煤作業人員必須要深刻意識到“安全生產”的第一指令，按照規范操作，保證科學作業，避免過斷層技術應用不當導致的礦井安全事故。

(2)割煤速度的控制

礦井斷層的開采作業對采煤技術有著嚴格的要求，因為斷層的地質復雜，碎裂程度不明，容易引發一系列的安全事故，加重企業的生產成本和威脅工人生命。所以在工作面應用過斷層技術時，必須要嚴格測量煤礦的斷層采高高度，一般的斷層采高高度都是在2-2.2m的范圍內，如果遇到超高情況，工作面過斷層開采時，采煤設備必須保持低速的割煤作業速度，以2m/min的速度為標準，保證斷層工作面的穩定。在過斷層作業過程中，采煤機師傅要密切關注開采工作面的支架防護情況，是否會出現大量的泥石掉落，支架松動等情況，如果出現大面積的落石則需要立即停機，找專業人員檢測判斷開采是否可以繼續進行，等確認安全之后再進行斷層開采施工。

(3)瓦斯的監測與防治

煤礦井下開采作業，除了要預防斷層與地下水的安全隱患之外，礦井內的瓦斯也是引發煤礦事故的重要因素之一。不管是瓦斯濃度超標，還是明火造成的礦井瓦斯爆炸，都會嚴重威脅到采煤工作人員生命安全，直接影響煤礦企業的綜合效益。而煤礦斷層中出現瓦斯事故的頻率較高，必須要妥善處理過斷層的瓦斯問題，才能更好地保障煤層開采的安全推進。在煤礦的過斷層作業中，采煤人員必須要做好瓦斯濃度監測措施，保證開采掘進時能夠實時監測瓦斯的濃度數值，對斷層瓦斯濃度積聚較高的范圍，做好排氣疏散等緊急處理措施。一旦瓦斯監測設備反映出瓦斯濃度超標，則需要立即停止采煤作業，切斷工作電源，迅速安排井下人員撤離，等斷層工作面的瓦斯濃度降低，排除安全隱患之后，才能重新進入井下作業。

(4)采煤工作面過斷層技術應用的方向與角度

因為礦井采煤面臨的地質條件復雜，過斷層技術的應用也需要因地制宜，在采煤工作面過斷層時，開采工作面的方向和角度都是需要科學調控的。斷層內部復雜，過斷層開采線的夾角會影響到整體支護工作面，所以必須要綜合測量斷層情況，調整開采的方向和角度，確保工作面與斷層夾角足夠支出起頂板。如果采煤工作面與斷層的夾角過小，可能會導致斷層大面積暴露，采煤支護頂板難以支撐大量的斷層碎石，加重頂板壓力。

圖1

3.結語

我國的煤礦分布較廣，煤炭產量與質量都比較高，但是煤礦豐富地區的地質條件復雜，煤層分布不均勻，而現代產業發展對煤礦資源的需求量加大，為了更高效的采煤，就必須對開采工作面進行技術優化，尤其是遇到斷層等情況，必須要合理應用過斷層技術，加強安全支護，保障礦井正常的回采和連續掘進。