綜采工作面過斷層的技術探討

段賢斌

（西山煤電集團公司西銘礦，山西太原030052）

綜采工作面過斷層的技術探討

段賢斌

（西山煤電集團公司西銘礦，山西太原030052）

綜采工作面過斷層期間延緩了采掘接替，降低了煤炭資源的回收率，干擾了采煤工作面的布置。由于斷層區(qū)域頂板破碎，工作面過斷層期間極易片幫，易發(fā)生冒頂事故，影響工作面安全生產，增加了開采成本。本文從降低開采損失，減少工作面搬家次數以及降低開采成本入手探討了綜采工作面過斷層技術。

綜采工作面；斷層；技術探討；措施分析

受地質條件影響煤層開采常遇到斷層構造的阻礙，斷層構造以組合破碎帶形式出現(xiàn)，斷層區(qū)域的頂板破碎較為嚴重，破壞了煤巖的完整性。由于斷層區(qū)域頂板破碎度大，煤巖破壞嚴重，造成回采環(huán)節(jié)復雜多變，采煤工作面的布置常常需要更改。斷層帶區(qū)域內頂板破碎程度增加，導致頂底板不平整，支架支護阻力下降。嚴重時頂板會出現(xiàn)回轉來壓現(xiàn)象，導致支架被壓死；采煤機割巖量增加，導致煤質降低。工程技術人員常常需要根據斷層落差、煤層厚度、綜采設備最小工作高度、斷層巖石硬度、綜采工作面推進方向及煤層傾角等要素，制定出適合本礦地質條件與開采進度的綜采工作面過斷層技術方案。若是綜采工作面遭遇小落差斷層，優(yōu)先采用平推硬過措施，若是斷層與綜采工作面走向夾角偏大且斷層落差大，優(yōu)先選擇跳采做新切眼或在斷層帶掘巷道這類不直接接觸斷層的方式。

1 斷層區(qū)域煤巖完整性分析

斷層構造多是在地質運動過程中伴隨著地層深部應力釋放，通過地層直接的擠壓、斷裂、錯動形成的。斷層形成后會生成大量構造裂隙，形成的斷層區(qū)域伴生有大量破碎帶，見圖1。煤層的頂板以巖石構造為主，從巖石力學強度來看，煤層的抗剪強度較弱于巖石層構造的強度，煤層受到開采擾動后的破碎程度大于巖石的破碎程度。所以在綜采工作面過斷層時保留完整的煤層頂板要難于保留巖層頂板。

以正斷層為例分析，見圖2。若工作面推進方向為下盤向上盤，當綜采工作面通過斷層弱變區(qū)A時，煤層嚴重破壞，煤層斷面處的下滑力為F=Wsinα。此時煤層受力強度大于自身抵抗極限，將導致煤壁片幫以及頂板的大面積冒頂，影響綜采工作面的安全生產，降低煤炭的回采率與經濟效益。若工作面推進方向為上盤向下盤，此時若綜采工作面通過斷層，則需上盤部位割底板三角狀巖石，下盤部位留頂板三角塊形頂煤，頂板三角塊形頂煤包含在斷層破壞嚴重的弱變區(qū)B內，此時頂部三角狀煤層由于已經受到一定的采煤擾動，強度極弱易發(fā)生端面冒頂事故。

圖1 斷層帶破碎區(qū)域示意圖

2 工作面平推硬過小斷層

能否安全高效地通過斷層，決定因素首先在于斷層上下盤頂底板之間的煤層高度，其影響因素較大，斷層容易通過的區(qū)域往往是煤層較高的地方；影響斷層安全高效通過的另一個主要因素是允許最小煤層厚度，若允許最小煤層厚度較小，則過斷層較容易。

2.1 液壓支架最低支撐高度

當綜采工作面遭遇到小落差斷層時，遭遇斷層處若綜采液壓支架的最低支撐高度值小于斷層面兩側所采煤層厚度，綜采工作面液壓支架可以順利通過，此時液壓支架最低支撐高度H滿足下列要求:

式中：

H—保證支架最低支撐高度條件下的備用伸縮值，m；

h1—液壓支架最低支撐高度，m；h2—支撐頂板最大下沉值，m。

2.2 斷層帶破碎區(qū)防冒頂片幫參數選擇

若綜采工作面上盤向下盤快速平推硬過正斷層，為了避免工作面液壓支架到煤壁控頂區(qū)的煤壁片幫與片幫引起的冒頂事故，需要在斷層帶破碎區(qū)域采取一定的技術措施。當斷層上盤工作面推進至斷層面破碎帶附近區(qū)域時，采取上盤部位割底板三角狀巖石，下盤部位則需要留頂板三角形頂煤，見圖3。綜采工作面推進到斷層面下盤區(qū)域時，采到頂板遇到巖層頂板為止進行俯采，調整推進面的水平角度，直至工作面沿煤層底。實踐證明，這種方法可以有效地降低斷層帶破碎區(qū)域引起的片幫與冒頂事故。

圖3 上盤向下盤強推正斷層參數選擇示意圖

圖3中：

式中：γ—仰采角度值，（°）；

h—斷層落差，m；

α—斷面傾角，（°）；

L1—斷層面距離頂板的長度，m；

L2—斷層面距離底板的長度，m。

圖2 上盤向下盤強推正斷層示意圖

3 工作面平推硬過落差較大斷層

當綜采工作面遭遇到大斷層，尤其是斷層面兩側端盤的落差大于開采煤層的厚度時，采用既切割斷層上盤頂板又切割斷層下盤底板巖石，上盤底板和下盤頂板都留煤過渡的方法通過斷層。為了使過斷層期間截割巖石量最小，必須確保破上盤頂板巖石和留下盤頂板煤距離小于斷層落差［1］。密切留意斷層的移動方向，根據具體的變化調整所破巖石位置，工作面平推硬過落差較大斷層示意圖見圖4。

圖4 工作面平推硬過落差較大斷層示意圖

4 過斷層的防片幫冒頂措施

4.1 掘進輔助探巷

若地質狀況調查不清楚，在工作面推進過斷層時通常會由于頂板的不完整性導致支架與頂板接觸不密實，支架頂梁和梁端上方頂板會因為離層破壞支護不及時，造成嚴重的端面片幫事故的發(fā)生。片幫后直接導致了支架與煤壁的端面距增大，破碎的頂板順著梁端滑落造成端面冒頂。提前掘進輔助探巷有助于盡早了解斷層的傾向、傾角等，探明工作面支架與斷層上盤頂板的高差有助于采高的控制，根據實際揭露的斷層地質狀況制定相應的過斷層技術方案。掘進輔助探巷還能在其內超前對斷層煤幫、上盤及頂板進行支護。保證了過巷期間的安全性，減少了過巷期間因采動影響而引起的片幫冒頂事故。探巷掘進的起點位置大約在進風巷工作面煤壁斷層處下盤，緊貼著斷層邊緣盡量與頂板處于平行狀態(tài)，長度保持在大約100多m［2］。探巷內緊貼頂板設置捆綁懸吊在頂板上的傾斜木垛，頂板與木垛形成一個整體。為工作面推進到斷層時支架上仰接頂創(chuàng)造條件，掘進輔助探巷示意圖見圖5。

圖5 掘進輔助探巷示意圖

4.2 樹脂木錨桿防片幫技術

煤壁片幫事故易加大支架端面距離，造成控頂距內冒頂，妨礙工作面安全快速過斷層。首先用煤電鉆垂直于斷層帶區(qū)域附近的煤壁打鉆，工作面煤壁上打眼布置方式優(yōu)先選擇三角和雙排眼。錨桿鉆眼的間距為0.6~1.2 m，鉆眼深度大約在2 m［3］。錨桿規(guī)格為1 800 mm×30 mm×30 mm，選用的木楔子規(guī)格為330 mm×120 mm，選用聚氨酯藥卷作為錨桿黏著劑，將藥卷提前弄破置于鉆眼之內，煤電鉆旋轉帶動木錨桿均勻攪拌借助楔子封住鉆眼孔。聚氨酯藥包被木錨桿攪拌，發(fā)生化學反應形成泡沫滲入煤壁裂隙，將煤壁與木錨桿黏結在一起，防止煤壁進一步發(fā)生片幫事故。生產實踐證明，在斷層處運用樹脂木錨桿是一種低成本高效能的防片幫技術，值得在類似地質構造的區(qū)域推廣使用。運用樹脂木錨桿防片幫技術，有效控制了煤幫，杜絕了以往工作面過斷層期間發(fā)生漏頂、冒頂、片幫的事故，既保證了安全生產，又加快了推采進度，降低了材料消耗，具有明顯的經濟效益。

5 掘新切眼工作面搬家

該方案是在斷層外預掘新切眼，不直接接觸斷層區(qū)域，減少了冒頂與煤壁片幫事故的發(fā)生，但是進行跳面搬家施工工期較長，且在施工過程當中要預留一定的煤柱護巷，易造成煤炭資源浪費，三機設備安裝成本大，浪費人力物力，掘新切眼工作面搬家示意圖見圖6。

圖6 掘新切眼工作面搬家示意圖

6 總結

依據煤厚、斷層落差大小、煤層傾角、斷層處的巖層硬度、綜采支架最小支撐高度、工作面推進方向等因素，通過對以上幾種常用的綜采工作面過斷層方法的分析，論述了幾類過斷層技術的特點及其適用條件。生產實踐證明，對不同的斷層構造只要采取有針對性的工作面過斷層措施，就能防止煤壁片幫與頂板冒頂事故，減少工作面搬家次數，降低開采損失，減小開采成本。

［1］梅文澤.綜采工作面復合破碎頂板管理技術研究與應用［J］.煤礦現(xiàn)代化，2008（3）：42-43.

［2］高山，李生，戴紅軍.N2705綜采工作面斷層影響和解決辦法［J］.煤炭技術，2008，27（10）：48-49.

［3］郭守泉，彭永偉．綜采工作面過斷層技術綜述［J］．煤礦開采，2008（4）:30-31.

Discussion on Technology of Full Mechanized Mining Face Passing through Fault

Duan Xian-bin

During mechanized mining face passing through fault，delays the excavation succeed，reduces the recovery of coal resources，disturbs the arrangement of coalface.Due to fault zone roof broken，working face is easily spalling during passing through fault，the accident of roof caving is easily happened，affects the working face safe production，increases mining cost.Discusses the working face passing through fault technology from reducing mining loss，reducing the number of face moving and mining cost.

Fully mechanized working face；Fault；Technology discussion；Measures analysis

TD823.8

B

1672-0652（2014）12-0036-03

2014-10-26

段賢斌（1977—），男，山西運城人，2005年畢業(yè)于太原理工大學，工程師，主要從事煤礦安全管理工作（E-mail）1048106859@qq.com