綜采工作面過斷層技術研究

劉東偉

(河南能源焦煤公司趙固二礦，河南 新鄉 453600)

0 引言

在工作面井下開采過程中，各種類型的斷層構造對煤礦開采帶來了較大的負面影響，若斷層高差相對較大，在布置工作面時，需要將斷層構造繞開；若斷層構造落差較小，可采取直接通過的方式。但對于一些工作面高差在2～5 m的斷層，若選擇直接避開的方式，會損失較多的煤炭資源；若選擇使用直接通過的方式，因為斷層周邊的煤體較為破碎，工作面整體推進較為困難，尤其是采高相對較大的工作面，對整個回采工作帶來的影響相對較大。將焦煤公司趙固二礦大采高地質條件作為分析對象，對工作面通過斷層的技術進行了分析和研究。

1 工程概況

趙固二礦14030工作面屬于大采高綜采工作面，煤層平均開采厚度達到了6 m左右，煤層傾斜角度平均達到6°左右，從埋深來看，工作面平均埋深接近750 m，工作面推進長度2 100 m左右。從地質勘察情況來看，工作面面臨的地質情況非常復雜，特別是其中包含較多斷層，工作面范圍內斷層具體發育情況如表1所示。因此，在斷層周邊，煤體、巖體等表現出突出的破壞特點，如果開采直接通過，不僅開采難度大，存在的安全隱患也較多。從表1可看出，在通過F108、F96、F93斷層時，因為整體落差相對較大，不能采取直接通過的方式，應當結合工作面實際地質情況，采取針對性的措施，而對F87斷層，整體的落差相對較小，在工作面推進過程中，可采取直接通過的方式，實現工作面的正常推進。因此，本文重點對通過F108、F96、F93斷層時，工作面應當采取的技術措施進行了研究。

表1 工作面范圍內斷層具體發育情況

2 綜采工作面過斷層回采工藝優化措施

由于在開采過程中受斷層影響偏大，尤其是開采角度也出現了一定的調整，從本次工作面推進的過程來看，局部范圍內傾斜的角度可以超過10°，因此，煤體會出現更為嚴重的破碎問題，所以，需要對工作面回采工藝進行全面優化。

2.1 調斜工作面

工作面在斷層位置推進過程中，開采傾斜的角度和斷層方向會出現一定差異，為了實現工作面和斷層位置最大限度的相接，需要對工作面進行針對性的調斜。設計采用調斜的方式，可有效控制斷層構造對開采帶來的負面問題，也可以降低工作面出現片幫問題的概率。在具體調斜時，技術人員需要從斷層走向角度出發，推進在斷層構造5 m之前的位置進行調斜。在開采到F108斷層時，由于走向角度為103°，所以機尾位置和機頭位置會出現111°的傾斜角，為了實現較好的對接效果，在具體開采時，控制機頭的推進速度超過機尾的推進速度，在接近斷層前，機頭位置應當超前機尾15～20 m的距離。

2.2 調整工作面采高

工作面在推進到斷層位置之前，技術人員需要全面掌握斷層的實際情況，從而設計針對性的推進方案。工作面在通過斷層之前的推進設計方案如圖1所示，從圖1中可看出，在工作面推進到和斷層距離為L時，從煤層在該位置的具體傾斜情況出發，結合工作面開采設備的實際性能，工作面需要揚起一定的角度。

圖1 工作面過斷層示意圖

L具體計算公式為：

(1)

式中，H是斷層高差，單位為m；α為煤層傾角，單位為°；β為工作面開采時揚起的角度，單位為°，β角度一般控制在12°范圍內。從本次開采范圍來看，工作面在推進過程中，在遇到這3個斷層時，均需要揚起一定的角度。本次β取值12°時，在遇到這3個斷層時，工作面和斷層之間的距離分別為10.9 m、12.8 m、14.3 m。在工作面起坡之前，應當結合實際情況將高度調整到4 m，保證在工作面仰采時，可實現對采高的穩定有效控制，在推進到斷層面前，設計采用挑頂煤留底煤的方式通過。在推進過程中，控制仰角不斷地減少，直到仰角恢復到原有的開采角度。工作面選擇使用臥底的方式，恢復為原有采高。

3 綜采工作面過斷層技術措施

3.1 過斷層割煤技術方案

從本次工作面推進情況來看，在通過斷層的位置時，煤體較為破碎，冒頂等事故發生的概率相對較高，因此，在通過斷層位置時，除了對工作面回采技術進行優化之外，還需要采取其他技術方案，確保工作面順利通過斷層。在推進過程中，特別是斷層區域進刀時，煤壁整體較為雜亂，煤壁整體完整性不佳，在具體接觸時，不能實現較好地接觸，因此對煤壁控制效果較差，增加了出現片幫事故的概率。在本次工作面推進過程中，設計采用不在斷層位置進刀的單向割煤方式，通過將原本的機尾位置進刀提前到斷層區域以外位置進刀，從而實現工作面有效割煤的效果，具體割煤流程如圖2所示。

圖2 斷層影響區割煤方式優化流程圖

如在通過F108斷層時，具體割煤流程為：①在機頭推向機尾的過程中，在將斷層位置揭露之前，技術人員對支架進行及時移動，確保工作面得到較好地支撐。在通過斷層區域時，對支架、輸送機等不進行移動，這時將采煤機運行到機尾的位置。 ②在尾部向頭部運行的過程中，在通過斷層時，應當選擇空刀運行的模式，通過之后，采取斜切進刀的方式，這個過程中，需要對斷層區域內的支架、輸送機等進行移動，實現對頂板的有效支撐。頂板支撐到位后，技術人員調換滾筒，然后反向進行切割。③將斷層區域之外的煤炭全部割完后，技術人員調換滾筒方向，從機頭位置朝著機尾方向推進，在斷層范圍內，選擇空刀的方式，通過之后，技術人員采取正常割煤的方式，直到機頭位置完成了一個完整的割煤循環。

3.2 工作面松動爆破切割矸石

在通過斷層區域時，不僅有煤體，還有著較多的矸石，采煤機在運行過程中，需要對矸石進行全面切割，若矸石整體強度較大，會對采煤機造成非常大的損害。所以，技術人員需要采取爆破預裂的方式對矸石進行破碎，然后選擇采煤機截割的方式通過斷層。爆破炮眼的布置方式圖如圖3所示。

圖3 爆破炮孔布置圖

在本次通過斷層區域時，在截面共布置4排炮眼，炮眼之間的距離為1 m，間距為0.9 m，深度為1.5 m。距離頂板較近的炮孔和頂板之間的距離設計為0.8 m，炮眼與水平方向之間的夾角控制在5°左右。距離底板的炮孔和底板之間的距離為0.5 m，炮眼與水平方向之間的夾角控制在10°左右，炮孔整體向下傾斜，中間2排炮孔采取垂直的方式進行布置。

在對工作面進行預裂爆破后，采煤機再進行截割操作，牽引速度控制在4 m/min左右，在截割過程中，按照上述設計的方案進行操作，截割的深度控制在0.6 m范圍內，技術人員在每次爆破后，采煤機截割三刀煤，在截割完成后，再進行下次預裂爆破，直到全部通過斷層區域。

同時，通過斷層過程中為了確保頂板的安全性，本次采取了針對性的頂板控制措施。在具體操作時，對工作面支架支撐性能進行了全面嚴格的控制，特別是對工作面端頭支架，采取了及時接頂技術，及時支護好側護板，嚴防支架出現咬架、倒架的情況。在支架移動的過程中，最大限度減少支架的沉降量。在支架移動的過程中，應當快速移動支架。如果工作面在爆破過程中出現了頂板冒頂的情況，需要及時將支架伸縮梁伸出，從而實現對頂板的全面有效支護。

4 結語

在本次通過3個斷層的過程中，通過采取上述技術方案，工作面過斷層的質量和效率相對于以前有了明顯的提升，時間縮短了3天，特別是通過斷層時，沒有出現片幫、冒頂等事故，這表明本次采取的技術措施可行，整體取得了較好的控制效果。