綜采工作面過地質(zhì)構造帶技術研究與應用

成俊東

（山西朔州山陰蘭花口前煤業(yè)有限公司， 山西 朔州 036900）

我國地域遼闊地形多變，加之煤炭開采程度的深化，復雜地質(zhì)構造對煤礦開采的制約也日漸凸顯，斷層陷落柱等常見的復雜地質(zhì)構造會大大提升綜采工作面的難度。在山西朔州山陰蘭花口前煤業(yè)有限公司（以下簡稱該煤礦公司）公司的實際開采過程中，當綜采工作面需要過復雜地質(zhì)構造帶時，會通過頂板垮落的控制、綜采大型設備防護以及特殊巷道支護技術等措施，確保煤礦開采的質(zhì)量。本文在前人研究的基礎上結合該煤礦公司的現(xiàn)實情況，就綜采工作面過地質(zhì)構造技術進行了分析。

1 過地質(zhì)構造帶技術概述

1.1 割煤工藝技術

割煤技術是綜采工作面施工的核心工藝，該工藝實施的有效性會直接影響煤礦開采的效率和作業(yè)人員的人身安全。該煤礦公司堅持割煤工藝的五化原則，即瓦斯正?；?、防塵優(yōu)先化、割煤標準化、頂板安全化和操作合理化。當綜采工作面需要過地質(zhì)構造帶時，為了提高液壓支架工作的安全系數(shù)，可以增設噴霧水管和滅火器，并確保采煤機參數(shù)設置的合理性[1]。在采煤割矸時，一般來說要先將機組的噴霧系統(tǒng)進行優(yōu)化，啟動無誤后再啟動機組的滾筒轉動系統(tǒng)。需要注意的是過地質(zhì)構造帶時施工難度增加，對于采煤機的工作穩(wěn)定性也提出了更高的要求，為了避免采煤機運行失常需要將機組的速度控制在2 m/min 以下，與此同時要將噴霧水管的噴霧量開大的同時做好相應的補充噴霧措施，以實現(xiàn)噴霧效果的最大化。此外為了避免倒架、外架等不良狀況的發(fā)生，要對底煤的位置進行核查，確保沒有陡坡、凹坑等情況，可以實現(xiàn)平緩過渡。

1.2 破碎頂板控制技術

當綜采工作施工需要過復雜地質(zhì)構造帶時，該煤礦公司的相關技術人員會召開技術會議，對地質(zhì)構造帶的具體情況進行分析，制定具體綜采施工技術方案，并對勞動組織進行優(yōu)化：綜采大型設備防護以及半圓木+單體柱+塑編網(wǎng)等技術措施。如果采取的工藝措施不恰當或者技術實施過程中出現(xiàn)問題會導致綜采工作面巷道頂板支護不足現(xiàn)象，對煤礦開采效率和質(zhì)量產(chǎn)生負面的影響，嚴重的還會導致重大安全事故。因而綜采工作面過地質(zhì)構造帶時一定要提高對控頂支護的重視[2]。該煤礦公司針對破碎頂板的控制采取了三項技術措施：

1）優(yōu)化割煤技術實施流程。先將移動支架移至合適的位置，再挪動刮板機，并采取有效的技術措施對煤壁進行支護，一定要杜絕片幫現(xiàn)象的發(fā)生。

2）超前移架工作的實施。如果綜采工作面有片幫情況的發(fā)生，技術人員和作業(yè)人員要及時進行頂板支護的補救，實施超前移架，要表面移動過程中支架或者設備碰觸到頂梁。

3）要做好降柱的控制。盡可能減少降柱，并且做好帶壓擦頂移架，從而確保頂板立柱的支撐性能，盡可能減少頂板破碎的發(fā)生以及對于煤礦施工的不利影響。

1.3 采高技術

該煤礦公司在綜采工作面過復雜地質(zhì)構造帶時會將采高進行適當?shù)慕档?，使作業(yè)人員可以順利作業(yè)且采煤機可以流暢地通過巷道。采高降低的技術在確保支撐高度適當和頂板支護效果的同時，也可以減少巷道內(nèi)采煤機構造區(qū)的割矸量，有利于煤炭資源的節(jié)約和煤礦開采質(zhì)量的提升，確保井下作業(yè)人員在復雜地質(zhì)條件下施工的安全性，提高煤礦開采效率。

1.4 爆破松動技術

與簡單地質(zhì)構造下的綜采工作面施工相比，復雜地質(zhì)構造帶上施工區(qū)域的矸體硬度比較高，如果不采取有效的爆破而直接利用采煤機會浪費大量的時間，還會造成采煤機的磨損，降低采煤機的使用壽命，影響煤礦開采的施工進度。該煤礦公司常采用打眼放松動炮的技術，對過地質(zhì)構造帶上的堅硬矸體進行性能和產(chǎn)狀的更改，降低采煤機掘進的難度。在實施爆破松動技術之前技術人員需要根據(jù)礦井的實際掘進情況和地質(zhì)構造，對打眼放炮的位置以及數(shù)量進行確定，圖1 為該煤礦公司某巷道綜采工作面的炮眼布置圖。于此同時還需要明確爆破所需的炸藥、雷管的類型數(shù)量等參數(shù)。這就要求技術人員在綜采工作面施工前就要做好開采區(qū)域地質(zhì)情況的勘查，并根據(jù)以往的施工經(jīng)驗做好爆破技術方案的評估和預算制定。該巷道綜采工作面過復雜地質(zhì)構造帶采用爆破松動技術時采用了1.5 m 和2.0 m 的炮眼，且起爆孔數(shù)控制在40 個以下，從而確保了采煤機的運行穩(wěn)定性，在確保采煤機安全快速通過地質(zhì)構造區(qū)域的前提下避免了對采煤機性能的損傷。

圖1 炮眼布置圖（mm）

1.5 機電設備維護

在現(xiàn)代化的煤礦開采中，機電設備發(fā)揮著重要的作用，復雜地質(zhì)構造下煤礦開采對于機電設備的使用性能以及穩(wěn)定性都提出了更高的要求，因而必須要注重機電設備的維護。該煤礦公司為了確保機電設備的運行可靠性，每天都安排了4 h 左右的設備檢修時間，技術人員會嚴格按照相關的規(guī)章制度和設備維護標準對機電設備進行日常維護和故障檢修，進而提高機電設備的開機率。技術人員要明確不同機電設備的常見故障類型和故障發(fā)生部位，提高檢修的效率。采煤機截齒、柔性軸、支架配件、剪切銷、刮板輸送機配件以及齒套等位置都比較容易出現(xiàn)故障，技術人員可以將容易發(fā)生問題的用于更換的零部件放在據(jù)工作面比較近的工具箱內(nèi)，方便零部件的取用更換，減少故障的處理時間和設備停機時間。

2 綜采工作面過斷層技術措施

2.1 斷層線與工作面夾角調(diào)整

斷層線與工作面的夾角會直接影響綜采工作面斷層的暴露范圍，一般來說夾角越小，綜采工作面斷層的暴露面積越大，頂板的維護難度也越高，因而斷層線與工作面夾角調(diào)整的目的就是采取有效的技術措施，盡可能降低二者之間的夾角，進而縮小斷層與煤礦綜采工作面的交叉面積[3]。當綜采工作面必須要通過斷層構造帶時，工程技術人員需要結合實際情況確定合適的斷層線與綜采工作面夾角度數(shù)，并在進入斷層前提前對綜采工作面進行調(diào)整，使工作面與斷層可以達到合適的夾角。頂板穩(wěn)定性不同，斷層線與工作面夾角的調(diào)整范圍也有所差別，穩(wěn)定頂板的工作面與斷層線夾角調(diào)整為20°～30°較為恰當，不穩(wěn)定頂板的綜采工作面與斷層線之間的夾角會適當偏大，一般調(diào)整為30°～45°。

2.2 斷層處頂板控制技術

公司綜采工作面通過斷層時會采用不同的頂板維護措施，圖2 為棚頂維護的剖面示意圖，該技術可以有效提高頂板的穩(wěn)定性，保證綜采工作面施工的安全性。對于破碎的頂板則可以采用追機或者是超前移動支架，實現(xiàn)頂板暴露面積的減少。需要注意是過斷層構造帶時，為了避免頂板的松動，掩護式液壓支架可以采用帶壓擦頂?shù)倪w移方式，其他類型的支架也可以隨采煤機前滾筒的前進而向前移動，或者是依據(jù)預先設定好的間隔向前移動支架。將直接移動到合適的位置后要對支架的壓力進行檢查，確保其不低于泵站壓力的80%。

圖2 棚頂維護剖面示意圖

2.3 斷層處巖石處理技術

公司針對不同硬度的斷層巖石采取了不同的處理技術，對于硬度系數(shù)不超過4 的巖石，直接利用采煤機進行截割，并將采煤機的行進速度控制在2～3 m/min。對于硬度系數(shù)超過4 的巖石則采取少裝藥、淺炮眼、放小炮的爆破處理，在該技術實施的過程中要對炮眼的位置和角度進行有效地預估和控制，并在支架上懸掛擋矸膠帶。為了避免爆破對千斤頂以及液壓支架支柱的影響，要采取必要的防護，可以在支柱外套膠皮防護筒。

3 結語

本文結合該煤礦公司的煤礦開采實踐，就綜采工作面過地質(zhì)構造帶的割煤工藝、采高技術、爆破松動技術、機電設備維護和破碎頂板控制技術措施及其注意事項進行簡要的分析，并分析了綜采工作面過斷層構造的具體技術措施，包括斷層線與工作面夾角處理、頂板控制、巖石處理三方面的內(nèi)容。