綜采工作面過(guò)斷層的方法與實(shí)踐

【摘要】斷層是一種典型的地質(zhì)構(gòu)造，當(dāng)煤礦開(kāi)采中遇到斷層時(shí)，必須根據(jù)斷層的地質(zhì)條件和開(kāi)采技術(shù)條件選擇合適的方法通過(guò)斷層。文章介紹了幾種常用的工作面過(guò)斷層的方法，如平推硬過(guò)法、調(diào)整采高法、跳采法、工作面調(diào)斜法和導(dǎo)硐法。然后用一個(gè)實(shí)例對(duì)過(guò)斷層的方法進(jìn)行了進(jìn)一步說(shuō)明。

【關(guān)鍵詞】綜采；斷層；采高；跳采

煤礦賦存的地質(zhì)條件千差萬(wàn)別，在煤礦開(kāi)采中，經(jīng)常會(huì)遇到各種地質(zhì)構(gòu)造，斷層就是其中最典型的一種。這些地質(zhì)構(gòu)造的存在，給煤礦開(kāi)采工作帶來(lái)了一些困難，迫使人們不得不采取各種措施來(lái)應(yīng)對(duì)地質(zhì)構(gòu)造引起的不利條件。比如，在遇到較大的斷層時(shí)，常常需要進(jìn)行工作面搬家。有時(shí)候，為了避免工作面搬家，在進(jìn)行工作面設(shè)計(jì)時(shí)要盡量避開(kāi)斷層，這就會(huì)使得工作面的形狀變得不規(guī)則。目前，在處理地質(zhì)構(gòu)造方面，還沒(méi)有形成一套完整的理論，只是有一些比較成功的案例可以借鑒。

1.工作面過(guò)斷層的常用方法

目前，綜采工作面過(guò)斷層的方法主要有平推硬過(guò)法、調(diào)整采高法、跳采法、導(dǎo)硐法以及工作面調(diào)斜法等等。具體選擇哪一種方法，需要根據(jù)有關(guān)地質(zhì)條件和綜采技術(shù)條件而定。其中地質(zhì)條件主要有煤層的厚度、斷層落差大小、斷層處巖石的硬度等、煤層的斷失方向等，而開(kāi)采的技術(shù)條件主要有采煤機(jī)的最大采高、液壓支架的最大工作阻力等。還有就是要考慮經(jīng)濟(jì)效益問(wèn)題。下面對(duì)幾種主要的過(guò)斷層方法進(jìn)行一下介紹。

1.1 平推硬過(guò)法

該方法又稱采煤機(jī)強(qiáng)行截割圍巖法。適用于斷層落差較小，且頂板、底板巖石較為脆軟（ 如泥巖） 的工作面。當(dāng)煤層高度小于設(shè)備允許最小煤層高度時(shí)，且工作面頂?shù)装鍑鷰r比較松軟，在距斷層位置5m 時(shí)，采取挑頂或臥底使采煤機(jī)截割圍巖強(qiáng)行通過(guò)斷層，緩慢上山或下山推運(yùn)輸機(jī)、拉移支架，然后強(qiáng)行通過(guò)斷層。

1.2 調(diào)整采高法

當(dāng)斷層落差較小，且斷層上下盤接觸之間煤層的厚度大于或等于液壓支架的下限通過(guò)高度時(shí)，可以采用調(diào)整采高的方法過(guò)斷層。當(dāng)煤層高度大于設(shè)備允許的最小煤層高度時(shí)，先估算出工作面距斷層前方所需要的過(guò)渡段，通過(guò)調(diào)整割煤高度來(lái)通過(guò)斷層。這種方法的主要優(yōu)點(diǎn)是能保證機(jī)組的正常運(yùn)行，減輕采煤機(jī)截齒的耗損，同時(shí)采出的煤炭質(zhì)量較好，含矸率低。缺點(diǎn)是需要留底煤，煤損較大。

1.3 跳采法

跳采即將工作面搬家倒面，跳過(guò)斷層區(qū)域，有全部跳采和局部跳采之分。全部跳采工作面需要整體搬家，工作量較大，且會(huì)損失大量的煤炭?jī)?chǔ)量。而局部跳采則是先縮面，再進(jìn)行工作面的對(duì)接。該法既可以減少煤炭資源損失，又可以減少搬家到面的工作量，目前應(yīng)用得比較多。在可以采用局部跳采的情況下，應(yīng)該避免使用全部跳采。

1.4 工作面調(diào)斜法

該方法一般適用于斷層落差較大，且斜交角較小的斜交斷層工作面。當(dāng)斷層落差大于或等于采高的條件下，綜采工作面與斷層走向小角度斜交時(shí)，通過(guò)工作面調(diào)斜，使工作面調(diào)至和斷層走向平行，減少斷層處煤炭損失。

1.5 導(dǎo)硐法

導(dǎo)硐法又稱斷層探巷法。就是在斷層上盤（或下盤） 掘進(jìn)巖石巷道，將斷層處巖石先掘出，再進(jìn)行可靠支護(hù)，將過(guò)斷層變?yōu)檫^(guò)空巷，減少采煤工作面的巖石截割量，加快回采工作面推進(jìn)速度。導(dǎo)硐掘進(jìn)長(zhǎng)度以斷層的落差變小至設(shè)備能夠通過(guò)為止。在工程實(shí)踐中，一般需要根據(jù)地質(zhì)條件和開(kāi)采技術(shù)條件，先擬一些初選方案，然后進(jìn)行優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比分析，合理取舍，最終確定最適合本礦的方案。

2.綜采面過(guò)斷層舉例

某煤礦主采煤層只有一層，即7號(hào)煤層，該煤層厚度在3.35～6.48 m之間，平均厚度4.2m，煤層傾角在1.8°～3.5°之間，傾角很小，為近水平煤層。該煤層含斷層較多，其中落差在2.5m以上的斷層密度為1條/80m。該礦2275工作面位于兩個(gè)大斷層中間，沿走向褶曲斷層連續(xù)伴生并賦存有其它災(zāi)害性地質(zhì)構(gòu)造。2011年，該礦使用重型綜采裝備在一處落差達(dá)14.35m的大斷層的塊段進(jìn)行回采，并取得了成功。2012年，該礦在回采2274工作面時(shí)，遇到了一個(gè)極為復(fù)雜的斷層區(qū)域，該區(qū)域斷層總數(shù)多達(dá)58道，其中落差在2.5m以上的大斷層16道。該礦通過(guò)反復(fù)研究，采取一系列措施，成功地通過(guò)了該斷層區(qū)域。該礦地質(zhì)條件非常復(fù)雜，其他工作面也有類似情況。鑒于篇幅限制，這里僅以2275工作面為例進(jìn)行介紹。

2.1 2275工作面概況

2275工作面位于東二采區(qū)中下部，如前所述，該工作面位于兩個(gè)大斷層中間，上面是落差在4.2～6.8m之間的DF87斷層，下面是落差在3.1 ～34.5m之間的DF39斷層，兩個(gè)斷層間距為142m。2275工作面沿傾向長(zhǎng)度為121m，沿走向長(zhǎng)度為1240m。沿工作面走向方向，上下兩巷一共揭露了19條落差在2.0m以上的斷層，且工作面整個(gè)為一個(gè)兩條向斜、一條背斜地質(zhì)構(gòu)造。在兩條回采巷道中，有多處全部是巖石巷道，全巖石巷道累積長(zhǎng)度達(dá)145m，還有一些地方是半煤巖巷道，累積長(zhǎng)度85m。

2.2 過(guò)斷層方案

該礦在充分研究了該礦的地質(zhì)條件以后，結(jié)合該礦的開(kāi)采條件，初步制定了三個(gè)預(yù)案。即：方案一，全部跳采，即將工作面搬家，跳過(guò)該地質(zhì)構(gòu)造；方案二，局部跳采，即首先在地質(zhì)構(gòu)造附近將工作面適當(dāng)縮短，沿走向推進(jìn)一定距離，通過(guò)了地質(zhì)構(gòu)造后，再將工作面恢復(fù)原長(zhǎng)度；方案三，工作面直接通過(guò)該地質(zhì)構(gòu)造。為了從三個(gè)方案中選擇一個(gè)最合適的方案，我們對(duì)三個(gè)方案進(jìn)行了對(duì)比分析。其中方案一施工技術(shù)可靠、采出的煤炭煤質(zhì)好，但是施工工期較長(zhǎng)煤炭?jī)?chǔ)量損失較大，預(yù)計(jì)損失4.5萬(wàn)t，按每噸400元計(jì)算，將減少收入1800萬(wàn)元。方案二煤炭損失較少，煤質(zhì)也較好，但需要增加巷道掘進(jìn)約110m，施工工期也較長(zhǎng)，預(yù)計(jì)將停產(chǎn)25天以上。而方案三則克服了前兩個(gè)方案的不足，不會(huì)造成煤炭損失，也不用額外掘進(jìn)巷道，不停產(chǎn)，缺點(diǎn)是采出的煤炭含矸率較高，且頂板管理較困難。經(jīng)過(guò)比較分析，最終選擇方案三來(lái)通過(guò)斷層。

2.3 主要工藝與有關(guān)技術(shù)措施

1）綜采工作面通過(guò)斷層施工的主要工藝為：a）風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)打眼、火工爆破落巖。b）采煤機(jī)裝巖，輔助人工裝巖。c）運(yùn)煤系統(tǒng)外運(yùn)巖石。d）綜采支架支護(hù)頂板。綜采工作面在斷層施工區(qū)就是采用炮采的落巖方式，綜采的支護(hù)、裝巖、運(yùn)輸方式施工。2）為了克服方案三的不足，采取了以下措施：a）工作面50號(hào)支架以上部分隨煤層產(chǎn)狀變化盡量向高抬起（以運(yùn)輸機(jī)形態(tài)允許為原則），以減少巖石鉆爆工作量。b）在工作面上巷鋪設(shè)4吋專用風(fēng)管1趟，以確保工作面3臺(tái)鑿巖機(jī)同時(shí)作業(yè)有足夠的風(fēng)量。c）鉆爆施工段嚴(yán)格執(zhí)行超前拉架，控制頂板。d）確保地面風(fēng)選系統(tǒng)在回采期間連續(xù)正常開(kāi)車，將絕大部分矸石選出，確保煤質(zhì)。

2.4 應(yīng)用效果

采取以上措施后，在過(guò)該斷層時(shí)，平均原班推進(jìn)速度達(dá)到了2.8m，長(zhǎng)度為18m的全巖巷道只用了七天就施工完畢。采出的煤炭煤質(zhì)也很好，采出的煤炭發(fā)熱量超過(guò)23MJ，灰分均在百分之二十以下。與其他兩套方案相比，該方案經(jīng)濟(jì)效益明顯，施工費(fèi)用很低，而且不損失煤炭地質(zhì)儲(chǔ)量。

參考文獻(xiàn)

[1]李志國(guó).綜采工作面過(guò)斷層技術(shù)[J].煤，2009（7）.

[2]劉志剛，張華清.綜采工作面過(guò)斷層技術(shù)與實(shí)踐[J].煤礦開(kāi)采，2010（5）.

作者簡(jiǎn)介

邱曄，男，安徽亳州人，2011年畢業(yè)于安徽理工大學(xué)，助理工程師，主要從事采煤安全技術(shù)管理工作、巷道維修安全技術(shù)管理工作.