大采高綜采工作面過斷層技術(shù)研究

徐剛

【摘 要】 針對煤層斷層構(gòu)造出煤體破碎，工作面過斷層效率低的問題，本文以山西某礦5308大采高工作面地質(zhì)條件為基礎(chǔ)，對工作面過斷層技術(shù)進行了研究。在回采工藝方面，通過調(diào)整工作面傾斜角度與采高優(yōu)化了工作面過斷層回采工藝，同時對工作面過斷層技術(shù)措施進行了設(shè)計。現(xiàn)場實踐效果顯示，采用該方案后，工作面過斷層時間平均減少了5天，生產(chǎn)效率具有顯著的提升，表明該方案具有著較好的應(yīng)用效果。

【關(guān)鍵詞】 大采高工作面;斷層;采高;割煤方式

【中圖分類號】 TD823 【文獻標識碼】 A

【文章編號】 2096-4102（2019）03-0026-03 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標識碼（OSID）：

許多煤礦在開采過程中，經(jīng)常會遇到斷層等地質(zhì)構(gòu)造出現(xiàn)，當煤層中斷層構(gòu)造的高差較大，工作面多避開斷層構(gòu)造布置，當斷層構(gòu)造高差較小，則選擇直接通過。但對于一些工作面中高差高度在2～5m范圍內(nèi)的斷層，若選擇避開的方法會導(dǎo)致煤炭資源大量損失，若選擇直接推過，由于斷層周圍煤巖體比較破碎，工作面推進較為困難，特別是在一些大采高工作面中，工作面生產(chǎn)易受到較大影響。針對此情況，本文以山西某礦大采高地質(zhì)條件為基礎(chǔ)，對工作面過斷層技術(shù)進行了研究，研究結(jié)果對其他相似條件工作面具有一定的參考價值。

1工程背景

山西某礦5308工作面為大采高工作面，開采煤層為3號煤，煤層厚度平均為5.85m，傾斜角度平均為6°，工作面埋深平均為490m。工作面傾斜長度為245m，推進長度為2490m。根據(jù)該礦井地質(zhì)資料，5308工作面地質(zhì)條件較為復(fù)雜，在開采范圍內(nèi)存在著多個斷層構(gòu)造，斷層具體發(fā)育情況如表1所示。由于在斷層周圍，煤巖體較為破碎，工作面采用直接推過的方法難度較大，對工作面的正?；夭蓵a(chǎn)生較大影響。

2工作面回采工藝優(yōu)化

由于工作面在開采過程中受到斷層的影響，其傾斜角度會發(fā)生一定的改變，導(dǎo)致工作面局部范圍內(nèi)傾斜角度增大達到10°，受到工作面開采角度的變化，煤體結(jié)構(gòu)將進一步破碎，因此需對工作面過斷層開采技術(shù)方案進行設(shè)計。

2.1工作面調(diào)斜

由于工作面的開采傾斜角度與斷層的方向有一定的差異，為了讓工作面在推進中能夠最大范圍地與斷層相接，需對工作面進行調(diào)斜。工作面調(diào)斜后有利于減少斷層構(gòu)造在工作面長度方向的影響，同時可減弱工作面煤壁片幫現(xiàn)象。工作面調(diào)斜情況主要根據(jù)斷層的走向角度確定，在推進到距離斷層構(gòu)造5m前需要調(diào)斜完畢。例如工作面推進至F108斷層時，由于斷層走向的角度為103°，工作面正常推進中機頭與機尾的傾斜角度為111°，為成功與斷層相接，機頭在推進的速度要高于機尾，超前機尾15～20m。

2.2調(diào)整采高

工作面在過斷層前，需要根據(jù)開采范圍內(nèi)的斷層具體分布情況設(shè)計相應(yīng)的推進方案。圖1為工作面在過斷層前的推進設(shè)計方案，如圖所示，在工作面推進至與斷層面的距離為L時，根據(jù)煤層在該位置的傾斜情況以及工作面開采設(shè)備的性能，工作面的開采需仰起一定角度，仰采時與斷層面的距離L的計算公式為：

式中，H為該位置斷層的高差，m;α為煤層傾角，°;β為工作面仰起的角度，°，β最大不超過12°。

根據(jù)開采范圍內(nèi)各斷層的高差情況，工作面開采需要在F108、F96、F93三個斷層位置處仰起一定角度，β按照12°進行計算，則工作面仰采時與斷層的距離分別為10.9m、12.8m、14.3m。工作面在起坡前，將開采高度調(diào)整為4m，并且在仰采的過程中保證采高不變，在推過斷層面之前采用挑頂留底煤的方法推進;在推過斷層面后，將仰角逐漸減小直到恢復(fù)為原開采角度，工作面采用臥底的方法恢復(fù)為原采高。

3過斷層技術(shù)措施

3.1過斷層割煤方案

工作面煤層在斷層發(fā)育區(qū)域煤體一般比較破碎，推進中容易發(fā)生冒頂?shù)痊F(xiàn)象，除了上述對回采工藝的優(yōu)化外，還需要采用其他技術(shù)方案來保證工作面平穩(wěn)推過斷層。過去的大量實踐結(jié)果顯示，工作面在斷層區(qū)進刀割煤時煤壁整體雜亂，刮板輸送機與支架的護幫板由于煤壁的不平整無法與煤壁充分地接觸，導(dǎo)致煤壁無法受到足夠的控制作用，出現(xiàn)片幫等情況?；诖爽F(xiàn)狀，筆者提出不在斷層位置進刀割煤的單向割煤工藝，通過將機尾處進刀提前至斷層區(qū)以外的方法實現(xiàn)工作面的割煤，工藝流程如圖2所示。

以F108斷層為例，割煤流程為：

①工作面在機頭向機尾割煤過程中，在即將揭露斷層時，斷層區(qū)外工作面及時移架對頂板進行支撐，而在斷層區(qū)內(nèi)不移近輸送機與支架，此時采煤機運行至機尾處。

②采煤機從機尾向機頭運行時，在斷層區(qū)內(nèi)空刀運行，當運行到斷層區(qū)外時，采煤機斜切進刀，此時移近斷層區(qū)內(nèi)的輸送機與支架，對頂板進行及時支撐，然后調(diào)換滾筒反向割機尾斷層區(qū)內(nèi)的煤體。

③斷層區(qū)內(nèi)的煤體割完后調(diào)換滾筒方向，采煤機從機尾處向機頭處運行，在斷層區(qū)內(nèi)空刀運行，達到斷層區(qū)外時正常割煤直至機頭完成一個割煤循環(huán)。

3.2工作面松動爆破切割矸石

由于斷層區(qū)內(nèi)不僅有煤體，還有著矸石的存在，采煤機運行中需要對矸石進行截割，若矸石強度較大，此時會對采煤機造成損傷，因此在過斷層區(qū)內(nèi)堅硬矸石位置時，采用爆破預(yù)裂的方法破碎矸石，然后再通過采煤機截割的方法過斷層。

斷層區(qū)內(nèi)爆破炮眼的布置方式如圖3所示，截面共布置4排炮眼，炮眼之間的距離為1.0m，排距為0.9m，炮孔深度為1.5m?？拷敯宓呐诳着c頂板距離為0.8m，與水平夾角為5°～10°;靠近底板的炮孔與底板距離為0.5m，與水平夾角為10°～15°，炮孔向下傾斜;中間兩排炮孔垂直煤壁。

工作面爆破預(yù)裂后，采煤機再進行截割，采煤機的牽引速度保持在4m/min，截割過程中，按照上述方案設(shè)計的采高運行，采煤機的截割深度為0.6m，在每次爆破后需采煤機截割3刀，完畢后再進行下次預(yù)裂爆破，直至通過斷層區(qū)域。

3.3過斷層期間頂板控制措施

為了保證工作面過斷層期間頂板不出現(xiàn)冒頂?shù)惹闆r，需要對工作面支架的支撐性能進行嚴格控制。位于工作面端頭的支架要及時接頂，支護好側(cè)護板，避免支架出現(xiàn)倒架、咬架等情況。支架在移架過程中盡可能減少沉降量，并且快速移動支架支撐頂板。若工作面爆破后頂板有冒頂情況出現(xiàn)，支架要及時伸出伸縮梁對頂板進行支護。

3.4效果分析

在采取上述工作面過斷層技術(shù)方案后，工作面過斷層效率有了顯著的提升，相比傳統(tǒng)過斷層方法，工作面過斷層時間平均減少了5天，并且在過斷層期間，無冒頂、片幫等事故出現(xiàn)，表明該過斷層技術(shù)方案具有著較好的效果。

4結(jié)論

本文以山西某礦5308大采高工作面地質(zhì)條件為基礎(chǔ)，對工作面過斷層技術(shù)方案進行了研究，在回采工藝方面，通過調(diào)整工作面傾斜角度與采高優(yōu)化了工作面過斷層回采工藝，同時對工作面過斷層技術(shù)措施進行了設(shè)計?，F(xiàn)場實踐結(jié)果顯示，在采用該方案后，工作面過斷層時間平均減少了5天，生產(chǎn)效率具有顯著的提升，表明該方案具有著較好的應(yīng)用效果。

【參考文獻】

[1]楊文斌.大采高工作面過斷層技術(shù)[J].煤炭工程，2010，42（8）：53-55.

[2]陳少璞，王濱，王瑞智，等.大柳塔煤礦12611-2綜采面過斷層技術(shù)研究[J].煤炭工程，2011，42（10）：72-74.

[3]劉強，魏秉祥，楊興廷，等.綜采工作面過斷層及揭露尾巷層位控制技術(shù)[J].煤炭工程，2013，45（9）：50-52.

[4]鄭學(xué)亮.綜放工作面過斷層技術(shù)管理實踐[J].煤礦開采，2006，11（6）：55-56.

[5]劉志剛，張華清.綜采工作面過斷層技術(shù)與實踐[J].煤礦開采，2010，15（5）：30-31.

[6]張德峰，陳勇.綜放工作面過斷層頂板活動規(guī)律研究與應(yīng)用[J].中國煤炭，2013，39（4）：56-59

[7]邊小峰.綜采工作面過斷層技術(shù)實踐與應(yīng)用研究[J].山西能源學(xué)院學(xué)報，2018，31（1）：12-13.

[8]李建林.采煤作業(yè)連續(xù)掘進設(shè)備過斷層技術(shù)應(yīng)用研究[J].山西能源學(xué)院學(xué)報，2017，30（3）：26-28.