綜采工作面高效過斷層技術研究

閆志杰

（西山煤電鎮城底礦，山西 太原 030203）

0 引言

隨著科技日益進步，地質構造對煤礦綜采工作面高產、高效生產的制約越來越嚴重。我國大多數地區煤層地質條件復雜，煤層回采時總會遇到斷層的影響，從而導致無法正?；夭伞Ｒ虼舜蟛糠置旱V為達高效高采的目的，均使用斷層連續回采，以此使得煤礦繼續工作。

目前國內通常采用以下幾種過斷層方法：調整采高法、平推硬過法、調斜工作面法、放震動炮法、導硐法、綜合法等，也可使用化學加固法加固頂板[1]。但是上述斷層方法任然存在著影響工作面產量的問題，帶了諸多的人員安全問題和影響設備、施工的麻煩。本文以城底礦22207 工作面過F14、FS162 斷層為工程實例，研究綜采工作面快速高效過斷層技術，對工作面頂板采取強化支護、優化采煤工藝、預裂孔松動等方式綜合治理技術，保證了22207 工作面過斷層期間的安全生產，提高了資源回收率，為類似礦井的工作面過斷層提供借鑒。

1 工程概況

西山煤電鎮城底礦22207 工作面地表位于赤泥巖新村以南，八字山村北西，歇馬村北東，前頭溝一帶，地面高低起伏，溝谷縱橫，蓋山厚度239～333 m。22207 工作面井下位于南二采區，北鄰22102、22102-1 工作面（已采），南鄰760 東一回風巷、皮帶巷、軌道巷、760 軌道巷，西鄰22104 皮帶順槽。22207綜采工作面煤層傾角4°～11°，平均8°，可采走向長420 m，傾向長125 m，設計采高2.8 m。工作面采用走向長壁后退式綜合機械化一次采全高采煤法開采。采用MG250/600-WD 型采煤機，SGZ-764/630 型刮板輸送機運煤，ZZ5200/19.5/42 型液壓支架。

表1 主要影響工作面的斷層產狀一覽表

22207 工作面回采至皮順1 號點前59 m，軌順2 號點前19 m，在工作面陸續揭露出2 條正斷層，分別為Fs162 和F14。Fs162 斷層是在機頭段揭露后，逐步延伸到工作面，走向長度140 m，F14 為新揭露斷層，逐步向工作面延伸。割煤機對于頂底板硬度較大的巖石難以切割，因此通常為了工作面能夠順利推進，根據工作面開采技術條件以及斷層產狀，研究了一種上盤挑頂，下盤放震動炮的方法來應對斷層的問題。如圖1 為工作面斷層位置平面圖，圖2 為工作面斷層位置剖面圖。

圖1 工作面斷層位置平面圖

圖2 工作面斷層位置剖面圖

2 綜采工作面過斷層技術分析

綜采工作面通過斷層的技術，取決于斷層的落差、煤層的厚度、綜采設備的最小工作高度、斷層處的巖石硬度、綜采工作面推進的方向及煤層的傾角，煤層的斷失方向，斷層與工作面的交角等[2]。

當斷層落差小于煤層厚度和綜采設備的最小工作高度之差，綜采工作面過斷層時，除加強工作面支護外，不必采取其它措施；而當斷層落差大于煤層厚度，核算工作面硬過不經濟時，一般是另掘開切眼，工作面進行小搬家，如果斷層距盤區邊界或工作面停采線不遠時，綜采工作面就直接躲過斷層，剩余煤炭可布置炮采工作面回收。對斷層落差較大且工作面又必須通過時，可采用放震動炮、導硐，或者改造采煤機行走部等方法通過。

1）調整采高法通常用于比較小的落差，并且上下盤間煤層略大于液壓支架的最小高度。如果煤的煤層高度超過裝置的最小允許煤層高度，應首先評估工作面和故障前方之間的過渡段，并通過調整煤的切割高度來糾正誤差。此種方法的優點是可以降低消耗，提高煤質量，缺點是造成煤的損耗多。

2）平推硬過法通常又被稱為采煤機強行截割圍巖法，主要用于煤層頂底板為硬度較小的巖石，并且斷層小的煤層。如果煤層高度小于設備允許煤層的最小高度，并且如果工作面頂部和底部的圍巖在距斷層位置5 m 時相對較軟，則應使用頂板或有蓋天花板使采煤機：切割圍巖，迫使其穿過斷層；緩慢上山或下山，推動輸送機，拉動支架，然后迫使其通過斷層。

3）調斜工作面法。一般應用在上下間隙稍大、角度小的斷層面，當斷層落差大于或等于開采高度，綜采工作面與斷層走向以小角度相交時，可改變傾角將工作面調整為與斷層走向平行，從而降低煤的損耗。

4）放震動炮法被另稱為放炮挑頂起底法，常見于落差略大，頂底板含強度較大的巖石的綜采工作面。當斷層上下壁煤層接觸厚度小于綜采液壓支架最小工作高度，由于圍巖過硬，割煤機難以對其切割，此時通過計算長度和坡度，可在工作前使頂底板穿過斷層；當斷層工作面一側煤層頂板低于斷層另一側煤層底板時，采用頂升法穿越斷層；當斷層工作面一側煤層底板高于斷層另一側煤層頂板時，應采用臥底法穿越斷層。鉆孔爆破時，應選擇炮孔位置和角度，進行淺孔小爆破，并提前對液壓支架等工作面設備采取有效的安全防護措施。

5）導硐法。就是在斷層上下盤開挖巖巷，先在斷層處開挖巖巷，然后進行可靠支護，使斷層變為空巷，減少采煤工作面切巖量，加快開采推進速度。導管的開挖長度隨著斷層的下降而減小，以達到導管長度順利通過設施的目的。

6）綜合法。當單一的一種方法不足以應對煤礦復雜的地質條件時，使用2 種或更多的方法去應對斷層。

3 22207 工作面過斷層技術

當前能夠過斷層的方法有很多種，主要使用的有以下2 類：調整采高法，就是斷層頂底板煤層厚度大于要求時，便能夠提前使得采高變低，每一刀留煤的厚度均為100～150 mm，而后恢復原采高[3]；另一個方法挑頂起底法則是在頂底板煤層厚度小于設備允許最小煤層厚度時使用。

3.1 過斷層松動爆破技術

在過斷層時對于巖質較硬的部位，需要采用松動爆破技術進行處理，22207 工作面爆破警戒圖如圖3 所示，表2 為爆破技術參數，爆破技術流程及需要注意的施工措施如下：

圖3 22207 工作面爆破警戒圖

表2 炮眼爆破參數

1）打眼。打眼使用3 臺YT24 型氣腿式鑿巖機，2 臺使用1 臺備用，使用ZQ 柱齒鉆頭（尺寸：φ43 mm），六角中空鋼鉆桿（尺寸：φ26 mm×1 500 mm）；安排專人打眼放炮；每次爆破后采煤機割煤2 刀，割過第一刀后，選擇巖石面積較大的地方補眼，再次爆破。第二刀割過斷層后，工作面2 臺風槍平行作業打眼；打眼時，每組3 人作業，2 人操作風鉆，1 人為安全監護員；打眼時根據巖厚確定炮眼布置方式：破巖厚度小于1.5 m 時單排眼，破巖厚度在1.5～2.5 m時為雙排眼[4]，破巖厚度大于2.5 m 時為五花眼。

2）裝藥。炸藥選用礦用Ⅲ級乳化炸藥，雷管選用毫秒延期電雷管。使用炸藥、雷管嚴格執行說明書的有關規定；裝配引藥時，先將雷管腳線扭接短路，雷管由藥卷頂部裝入，然后用腳線將藥卷纏住，把雷管固定在藥卷內，腳線結頭懸空；裝藥時，先沖洗干凈炮眼內的巖粉，再用木棍將藥卷輕輕推入，采用正向裝藥，每眼裝藥量為600 g，雷管每眼1 發；堅持使用濕炮土封口，每個炮眼使用1 個水炮泥，其余部分用粘土封實；裝藥采取分組裝藥的方法后將雷管腳線扭結懸空；每次裝藥炮眼數量不超過12 眼，一組裝藥必須一次起爆。

3）聯線、爆破。聯線采用串聯方式，每次聯線的炮眼數不超過12 個；爆破由機頭向機尾進行。

4）構頂臨時支護。爆破前端面距超過300 mm時及時拉架，并伸出護幫板。每次放完炮，先進行支護方可進行下一段的爆破作業。經拉架、打出護幫板仍不能有效支護頂板的地段，采取支架上方鋪網穿木梁的方法維護頂板。鋪網用10 號菱形金屬網，金屬網規格為（0.7×10）m2，人工使用“L”型聯網鉤，用聯網絲聯網，聯網絲為300 mm 長的14 號鐵絲；作業前，嚴格執行敲幫問頂制度，用1.5 m 長撬棍處理掉頂幫浮矸、活石；人員抬扛物體，口號用力一致，同肩同步，注意前方障礙物或冒頂片幫，作好自保，互保；在穿木梁和鋪網過程中，必須有一人觀察頂板、煤幫及支架的安全動態，作業人員面向煤壁施工，防止意外事故發生；作業過程中，跟班隊長、班長必須在現場指揮作業，隨時處理作業過程中存在的問題。

2.2 過斷層控制技術

1）對于落差約為煤厚的傾斜斷層，通常利用割煤機穿過斷層，必須注意觀察底板坡度、頂板破碎和硬石的變化。若頂板硬度高，應采用爆炸法選擇頂板或底板，當頂板破碎時，采煤機司機和支護人員應配合好，采用即時支護方法，并且嚴格按照穿越斷層的方法進行移動，采煤機截煤時，底板要切平，嚴禁在工作面上踩踏。

2）采煤機經過斷層的時候，必須立即把前探梁拉伸出來。片幫、斷面的間距大于要求的距離時，須攜帶超前架，且需要控制移架的速度，不能過于落后采煤機的速度；并且保證采高大于2 m 的高度，禁止出現采高高度過大或采煤機通過不了斷層的現象。

3）穿越斷層時，加強工作面工程質量管理，確保支架、輸送機順直，保證支架間距距離一致；移動支架時，要時刻關注著支架的工作狀態。支架應垂直于頂板和底板，頂部應緊密連接。如果頂板不平整，則需要立馬調節平衡油缸，防止傾斜支架。

4）穿越斷層的時候，必須保證煤的質量，盡可能剔除矸石，必要時可以先破碎矸石來保證質量。

5）當人員需要進入人機隧道作業時，必須關閉采煤機和溜槽電源并鎖定，以確保液壓支架的伸縮梁伸出，確認安全后再進行操作；在機道上作業時，任何人不得在工作場所上下10 個支架范圍內移動支架，防止造成事故。

6）確保安全出口最低高度大于1.8 m，最小寬度大于0.7 m。

4 過斷層安全技術措施

在過斷層期間，需要從多個方面考慮安全情況，以下是過斷層期間的安全技術措施：

4.1 過斷層期間防冒頂安全技術措施

1）施工前須保證斷層頂底板、支架正常，如若發現支架不接頂，保證支架接頂后才可以開始施工。

2）確保泵站壓力大于30 MPa，支架初始支撐利大于240 MPa，無不良現象。確保支架接頂、各個設備正常工作，保護各個部件，嚴禁出現冒頂現象。

3）穿越斷層的時候，要確保采煤機的速度不超過規定的速度，確保切割過后斷層頂底板、煤壁平齊。

4）在斷層處堅持追機移架，減少空頂時間。采煤機司機要控制好割煤速度，如支護不及時，應暫停割煤。

5）堅持提前拉架和擦頂帶壓快速移架，減少頂板下沉量，保持頂板完整。

6）頂板破碎段必須聯雙層網，網間沿走向搭接長度為網寬的1/2，沿傾向搭接長度為200 mm。

7）割煤時司機應站在架間安全地點，精力要集中，發現斷層處有冒頂危險時，立即停機處理，確認安全后，再繼續割煤。

8）過斷層期間保證每刀都在機尾插刀，防止工作面掉落大塊巖石而無法通過采機。

4.2 機電設備管理安全技術措施

綜采工作面在過斷層期間,采煤機、刮板輸送機、破碎機及液壓支架故障率高, 采煤機截齒消耗量大，刮板輸送機刮板鏈的鋸齒環等零部件的使用壽命大大降低,為了降低事故率的發生，制定如下措施：

1）爆破地點及前后10 m 范圍內的水管、電纜、支架活柱用規格為長×寬= 1.2 m×1.0 m 的舊皮帶圍住。并加設專用防護裝置，即用厚度不小于40 mm的木板架設于前立柱外側并用鐵絲捆綁牢固，以防止爆破崩壞支架閥組、立柱及水管電纜，每次爆破前，必須詳細檢查支架防護設施的完好情況，確認無問題后方可進行爆破作業。

2）過地質構造帶（斷層）時必須采用松動爆破，禁止用采煤機強行截割巖石。采煤機停在爆破地點15 m 以外，并用長×寬=5.0 m×1.0 m 的2 條舊皮帶將爆破側的滾筒和搖臂覆蓋并固定，加以保護。

3）過地質構造帶期間，要加強采煤機支架以及工作面輸送機的檢修和維護，要放慢采煤機截割行走的速度，采煤機速度控制在1.5～2.0 m/min，縮短檢查檢修周期，每次開機前或割巖石1～2 h 后都要對滾筒截齒、傳動系統仔細檢查，發現問題，立即處理。

4）加強機電設備采煤機、刮板輸送機、破碎機及液壓支架等設備的日檢、周檢、月檢，做好相關檢修記錄。

5）檢修班加強對機電設備的檢修力度，嚴禁帶病作業，將事故控制在萌芽狀態。

6）做好預防性檢修，如設備有問題，及時采取措施處理，避免被動檢修。

4.3 過斷層期間防治水安全技術措施

1）在過斷層期間，須提前在兩端設置水泵，用來確定排水系統正常工作。

2）當涌水量過大時需要提前設置好大功率水泵，要加強對各個排水設備的檢查和維護，定期清理和清洗淤泥，確保進水口不會被堵塞。

3）過斷層期間，工作面現場作業人員要密切注意工作面及兩巷水文情況，當工作面發現有出水預兆時，如煤壁掛汗、空氣變冷、出現霧氣、水叫、淋水增大等，要及時向礦調度匯報，作業人員撤離、避災，礦及時組織現場勘查，采取相應措施[5]。

4）在過斷層過程中，必須及時觀測工作面水情，如有異常及時匯報礦調度進行處理。

5 結束語

城底礦22207 工作面采用上盤挑頂，下盤放震動炮的開采方法順利的采過了落差2.5 m 和6.0 m的2 類斷層，成功地降低了工作面搬動的次數，并且順利增加了工作面的長度，取得了很好的效果和效益。開采期間的諸多措施較好的確保了采高和獲得了較高質量的煤，有效使綜采工作面能夠正常甚至超常采動。諸多的研究和實踐均表明：綜采工作面的斷層在使用了恰當的技術后，所取得的生產效益并不會低于正常開采的效益。