礦井綜采工作面安全高效過斷層技術研究

張云峰

（山西蘭花集團莒山煤礦有限公司，山西 晉城 048000）

在科學技術不斷發展的今天，由于地質結構的原因，煤礦綜采工作面的高產高效生產受到了極大的限制。在我國大部分地區，由于煤層地質情況比較復雜，在回采過程中，經常會受到斷層的影響，使其不能進行有效的回采。為了達到高效、高效益的生產效果，大多數礦井都采用了斷層帶連續開采技術，從而保證了礦井的正常生產。

目前，我國常用的過斷層法有：調高法、平推硬過法、調斜工作面法、采用振動炮法、導硐法、綜和法等方法對頂板進行強化，化學加固應用也較為廣泛。然而，以上的斷層法都會影響到采場的生產，給生產帶來很多的人身安全隱患，影響設備和施工[1]。本文以山西晉城蘭花集團22207 工作面過F14、FS162斷層為工程實例，通過對綜采工作面超斷技術的深入探討，采用強化支護、優化采煤工藝和預裂孔松散等綜合防治技術，確保了采區在穿越斷層期間的安全，并提高了采掘作業的采掘效果，為同類煤礦的采場過斷層提供了參考。

1 工程概況

山西晉城蘭花集團22207綜采工作面的傾角為4°～11°，平均為8°，開采長度為420m，斜坡長為125m，開采高度為2.8m。采場采取了一次全高采煤工藝，即向長壁后退式綜合機械化。采煤機選取的型號為MG250/600-WD，刮板輸送機的型號為S6Z-764/630，液壓支架采用的型號為ZZ5200/19.5/42。見表1。

表1 主要影響工作面的斷層產狀一覽表

22207 工作面在回采過程中相繼發現了2 個正斷層，即FS162、F14。FS162斷層在前部暴露后逐漸向工作面擴展，走向140m,F14是新發現的斷層，并逐漸向工作面擴展[2]。由于割煤機很難切削堅硬的頂板，所以為了保證工作面的安全，一般采用上盤挑頭，結合工作面的技術狀況和斷層的產狀，采取了一種上盤挑頂、下盤振動炮法處理斷層問題。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

綜采工作面的斷層通過技術的實施，主要依賴于斷層的高度差、煤層厚度和綜采設備的作業高度的限制，也包括斷層部位巖石硬度、工作面掘進方向、煤層傾角、斷層區斷層方向、工作面與斷層的夾角等參數。

在煤礦開采中，如果斷層的落差比煤層的深度和最小作業高度之間的差異較大，那么在發生斷層時，除了強化工作面的支撐以外，無需再采取其他的保護措施；而在斷層落差比煤層厚大、強行通過工作面成本較高，通常是再挖一條切孔，進行工作面的小搬遷；當斷層離盤區邊緣或工作面的停采線不遠時，可以直接避開斷層，將剩余的煤塊安排在炮采工作面進行開采。在有大的斷層和需要穿越的情況下，可以采取放震動炮、導硐或改變采煤器行走段等措施。

（1）調整采高法一般是在較低的落差進行，而且上下盤之間的煤層要比最小的液壓支架高一些。當煤體的煤位超出設備最少允許煤位時，必須對煤體與事故發生前的過渡區進行評估，并對其進行修正。

（2）平推硬穿法，通常也被稱為強制截斷圍巖法，它是針對煤層頂部、底板是不堅硬、斷層少的煤層而設計的。如果煤層的高度低于設備允許的最小煤層，而在離斷層部位5m，工作面上和下側的圍巖比較松軟，那么采煤機宜采用頂板或帶頂棚，慢慢地爬坡或者下坡，推著傳送帶，拉著支撐架，最后把它推出斷層。

（3）調斜工作面法。一般適用于較大的上下間隙和較小角度的斷層面，當斷層的落差大于或等于采掘高度，與斷層方向呈小角度交叉時，可以通過改變傾斜角度，使工作面與斷層走向平行，減少了煤耗。

（4）放振爆破法又叫放炮提底法，在有較大落差和有高強度巖層的綜采工作面上使用。當斷層上、下兩段煤層的接觸厚度比綜采液壓支架的最小作業高度要小，因為圍巖堅硬，割煤機很難將其切斷，這時就需要對其進行長度和斜率的計算，可在作業之前將上底板通過斷層；在斷層的一邊，如果在某一段的頂板比另一段的煤層低，則應采取頂升式的方法來跨越斷層；在斷層帶上，在某一段煤層的底板比另一條煤層高的情況下，通常采取臥底的方法來通過斷層。在進行鉆孔爆破時，必須合理地確定井眼的方位和傾角，進行淺孔的小孔爆破，并對油井等工作面的機械液壓裝置進行事先的安全保護[3]。

（5）導硐法。即在斷層的上下盤挖巖巷，首先在斷層部位開挖巖巷，再進行可靠的支撐，從而將斷層變成空巷，降低采區的采石量，提高采掘推進率。當斷層高度降低時，管道開挖長度會減少，從而使管道長度能夠順利地穿過設備。

（6）綜合法。在礦井復雜地質條件下，單靠一種方法是不夠的，運用兩種以上的方式來協同應對斷層。

3 22207工作面過斷層技術

目前有多種途徑可以通過斷層，其中最常用的有兩種：調整采高法，即在斷層頂部、底板上的煤層厚度超過規定值時，可以使采高降低，每次采煤的厚度都在100～150mm之間，然后再恢復到原來的開采高度；另外一種提底規則是，當煤層的上、下煤層的厚度比設備的最小允許厚度要小的時候，就可以采用。

3.1 過斷層松動爆破技術

在穿越斷層時，對巖石質地較為堅硬的部分，必須采取松散爆破技術，圖3 是22207 工作面的爆破警戒圖，其爆破工藝參數見表2；爆破工藝過程及應注意的問題如下：

圖3 22207工作面爆破警戒圖

表2 炮眼爆破參數

（1）打眼。鉆孔采用YT24氣腿式鑿巖機3臺，其中1 臺為備用設備，采用ZQ 圓柱形鉆頭（規格：φ43mm），六角空心鋼（直徑：φ26mm×1500mm）；安排專人打眼放炮；每一次爆破后，采煤機都會切2 次，在切割完一次后，找塊大的巖石區域進行鉆孔，然后再進行一次爆破。第二次切割后，工作面2個風槍并行打孔；鉆井時，每隊3名工人，2名操作鑿巖機，1名負責安全監督;鉆孔時按巖層厚度來決定孔的排列形式：1.5m 以下的鉆孔是單排孔，1.5～2.5m的鉆孔是雙排孔，而超過2.5m的巖石則是五孔。

（2）裝藥。選擇礦用Ⅲ類乳化液作為爆炸物，采用毫秒級延遲的電雷管進行引爆。嚴格按照說明書上的相關要求，使用炸藥和雷管;在組裝引信時，首先擰斷引信腳線，將引信從卷筒的頂端裝入，再用腳線纏繞；將引信裝入藥包，腳線結頭懸空；在裝藥過程中，首先將炮孔中的石粉沖走，然后用木棒將藥片輕輕地推進，然后進行前向裝藥；每眼的裝藥量600g，每孔1 枚；采用濕法填埋，每孔用1塊水炮泥，其余用粘土密封；分組進行炸藥裝填，裝填完畢后將雷管引線連接懸空；單次引爆的炮眼不得超過12個，且每次炸藥裝填完畢后必須全部引爆。

（3）聯線、爆破。聯線為串聯式，一次聯線最多12個孔，從前部到尾部進行爆破。

（4）構頂臨時支護。每次放炮后，必須進行支護，才允許進行后續的爆破工作。通過拉架、打出護幫板后，仍然無法有效地支撐頂板的部位，采用在支架上部鋪設網片，通過木梁進行維護。用于鋪設網片的10號菱形金屬網，其規格為0.7m×10m，采用“L”型網絡鉤子，由聯網線連接，網線采用長度為300mm 的14 號鋼絲；在施工之前，要嚴格落實“打幫問頂”的規定，用1.5m 長的撬棒清除頂幫浮矸和活石；工作人員舉起物品，喊出相同的口令，并肩而行，注意前面的障礙物或冒頭，互相保護；在穿木梁、鋪網時，應安排一人觀察煤幫、煤幫及支架的安全狀況，并對著煤墻進行作業，以預防事故的發生；在施工期間，必須由領班和班長在工地上進行指導，并及時解決施工中出現的問題。

3.2 過斷層控制技術

（1）在坡度大約為煤層厚度的傾斜斷層中，一般采用切割式切煤器通過，并應密切關注頂板坡度、頂板破碎及堅硬巖石的改變。如頂板硬度較大，則應采取爆破方法來選取頂板或底板，在發生破裂時，采煤機駕駛員與支護人員要密切合作，采取立即支護方式，并嚴格遵循穿越斷層的施工工藝，采煤機在截煤時，應將底板削平，不得踐踏工作面。

（2）當采煤機通過斷層時，應及時將探頭伸出。當片幫、斷面的間隔超過規定的距離時，必須帶上超前支架，并應控制其轉速，確保速度的落后控制在合理范圍內;同時，必須保證采高超過2m，嚴禁采高過大，也不允許采煤機過不了斷層。

（3）通過斷層時，要加強施工現場的質量管理，確保支架和輸送機的平直，支架之間的間隔距離是均勻的；在移動過程中，要隨時注意支架工作狀況。支架必須與頂板、底板相垂直，頂面要牢固。如有傾斜的趨勢，應立即調整平衡油缸，避免支架發生傾斜。

（4）在通過斷層時，要確保煤炭的品質，盡量排除矸石，在必要的情況下可以粉碎矸石，以確保質量。

（5）在需要進入人機通道工作的情況下，應切斷采煤機和滑槽的動力，并將其鎖緊，以保證液壓支架的伸縮臂能伸直，確定安全后才能繼續工作；在軌道上操作時，嚴禁在工作場地的10個以內的支撐區域內進行支架移動，以免發生意外[4]。

（6）保證出口的最低高度超過1.8m，最小的寬度超過0.7m。

4 結束語

22207工作面采用上盤挑頂，下盤放振動炮的采礦法，在2 級斷層中連續通過2.5m、6.0m 的斷層，有效減少了工作面的移動次數，使工作面的長度得到了有效的提高，同時也提升了經濟效益。在采礦過程中采取了許多措施，保證了礦井的采高，保證了煤礦的優質，并有效地保證了綜采工作面的正常、超常運行。大量的調查與實踐證明，在采用適當的技術措施后，綜采工作面斷層的產量將與常規開采的產量相當。