工作面快速過斷層生產(chǎn)技術實踐應用

雷鵬翔

摘 要：以2306工作面過斷層為工程背景，基于割巖量最小化原則，給出了回采面過斷層期間的割頂板巖以及底板巖層的計算方法以及工作面過斷層期間的支架數(shù)。最后對工作面過斷層期間的現(xiàn)場管理進行了闡述分析。通過以上措施，2306工作面安全快速的通過了F32斷層，并盡量減小了對回采出來的煤質(zhì)影響，達到了降本增效的目的。

關鍵詞：工作面;過斷層;割巖量;現(xiàn)場管理

斷層是煤礦井下開采時常遇到的地質(zhì)構(gòu)造，由于受到斷層作用，頂板較為破碎，易于出現(xiàn)頂板冒落以及支架壓架、倒架情況[1]。如何快速的使得工作面推進過斷層是保證煤礦順利、高效生產(chǎn)，是煤礦井下需要重要關注課題[2-3]。山西某礦2306回采工作面在后退回采過程中，遇到斷層，為了減少回采面搬家倒面花費的費用，提高回采面推進速度，增加煤炭采收率，采用割煤機控制割巖量以及一些合適的頂板管理手段，安全快速的通過了斷層。

1 概述

1.1 回采面概況

2306回采工作面位于礦井2采區(qū)，主要開采3號煤層，煤層的平均埋藏深度在328m，煤層的平均厚度在4.7m，為近水平煤層，煤層平均傾角在1°。設計的回采工作面斜長在210m，回采工作面的走向長度在1890m，設計的開采高度為4.65m。采用綜合機械化采煤機進行回采，采煤機型號為EKF SL1000。該型號的采煤機開采高度在3.2m～6.3m，能夠適應4°以下的傾角，回采面配備采用的刮板輸送機型號為DBT3×1000，刮板機的中部連接段可彎曲角度為4.5°以內(nèi)，采用的液壓支架為ZY10800/28/63，支架的有效正常高度在2.8m～6.3m，最大工作阻力在10800kN，相鄰支架間的重心間距為1.6m。

1.2 斷層概況

在2306回采工作面推進至1160m位置時，揭露F32斷層，110°<40°H=2.8～4.5m，具體斷層如圖1所示。在2306回采區(qū)域內(nèi)，2號煤層的直接頂為粉砂巖、直接底為砂質(zhì)泥巖，在工作面推進過程中，斜穿F32斷層，沿著110°方位角向2306回風巷方向延伸，在回采工作面推進過程中每割2刀煤移動支架一次，斷層共會影響310m回采面推進。

2 過斷層方案

2.1 方案概述

由于回采面過斷層區(qū)域的頂板為粉砂巖，底板為砂質(zhì)泥巖，為了增加回采面的推進速度，降低搬家倒面費用投入及時間，采用強行割煤巖過斷層的技術方法，根據(jù)回采面綜采設備配套關系，回采面最小的開采厚度在4.3m，沿著斷層面上盤方向進行挑頂開采，下盤方向跳底進行掘進。

2.2 上盤推進挑頂厚度確定

在斷層上盤回采面推進過程中，遵循割巖量最小的原則，按照最小開采厚度進行推進，當工作面推進到斷層影響附近時，設定在該斷面處采煤機的開采高度為h，斷層上盤頂板的破巖高度為h1，底板的破巖高度為h2，煤層厚度為h3，則此時h=h1+h2+h3。上盤期間的總的割巖量可以由下式進行計算[4]。

其中：L表示采煤機割煤深度（取值為800mm），α表示皮帶輸送機的垂直彎曲角度（取值為4°）;h-h3= h1+h2。工作面推進至該斷層附近時為一固定值，當h1=h2時的h1×h2取值最大，此時割煤機切割煤巖量最小，即采煤機割頂巖及底巖厚度相等時，回采面過斷層期間的總割巖量最小。

2.3 工作面過斷層期間支架數(shù)

設定工作面在斷層帶影響附近范圍內(nèi)的頂板割巖厚度為h1，在于底板相同割巖量情況下，需要的過渡段支架數(shù)量可以由下述公式進行計算[5]。

其中：L1表示回采面過斷層割底煤過段斷的距離（m），α表示運輸彎曲角度（取值為4°），b表示為相鄰兩個支架間的中心距（取值為1.6m），h3表示為煤層厚度（m）。

帶入上述數(shù)據(jù)可以知道，N1=18-4h3。在現(xiàn)場過斷層期間可以根據(jù)開采的煤層厚度動態(tài)的確定過度段的架數(shù)。

3 工作面過斷層控制措施

3.1 過程控制措施

根據(jù)回采面過斷層期間的斷層發(fā)育情況，每割2刀煤，推進約3.2m時，斷層會向回采面機巷位置移近1架，在對現(xiàn)場進行控制時，需要根據(jù)提示卡動態(tài)的對開采高度、挑頂以及臥底位置進行調(diào)整。

3.1.1 斷層上盤挑頂留底割巖段

從斷層面向機頭位置處1 5個支架范圍段時作為工作面過斷層挑頂留底區(qū)域，斷層向采煤機機頭10個支架范圍內(nèi)是處于割頂板巖層過渡區(qū)，從斷層上盤向下盤以4°傾角緩慢的進行過度。

3.1.2 斷層下盤臥底留頂割巖段

根據(jù)回采工作面現(xiàn)場推進情況，斷層面向回采面機尾10個支架時可以斷定進入到留頂煤的過度區(qū)間，同時在斷層面向機尾的10架支架空間進行臥底。

3.1.3 開采高度控制

回采工作面推進過斷層期間同時揭露斷層的支架數(shù)在20架以上，在挑頂期間回采面的高度控制在4.6m左右，在距離斷層面10m范圍內(nèi)時，回采面的高度控制在4.3m左右。在其他過斷層地段時，回采面的高度保持在4.5m。

3.2 現(xiàn)場管理

3.2.1 采煤機割煤

當回采工作面推進接近斷層時，在預先設定的臥底點開始進行臥底割巖，在機尾側(cè)的10座支架位置提前將回采高度降低到4.5m;根據(jù)現(xiàn)場回采面與斷層交匯情況，當可以滿足4.5m的開采高度時，若頂板較為堅硬，適當?shù)牟擅簷C割煤的厚度，總體上保證工作面過斷層期間的底板平整;根據(jù)工作面揭露的斷層參數(shù)以及斷層的延伸，對回采面的開采高度做適當調(diào)整，并在合適的支架上掛設標識牌，確定過斷層期間的割煤、挑頂、臥底區(qū)段范圍，挑頂以及臥底的具體厚度;采煤機司機嚴格按照設計進行切割，在過斷層期間保持回采面的高度在4.5m。

3.2.2 液壓支架移架

采煤機經(jīng)過斷層破碎帶，液壓支架移動滯后采煤機2個支架進行;移動液壓支架之后立即進行升架工作，初撐力需要達到額定工作阻力的80%以上;由于斷層影響帶附近煤層頂板較為破碎，在移動支架時應帶壓移架，盡量少降低支架前梁，帶載荷移動支架;當液壓支架不能及時的進行推移時，采煤機應暫時停止推進，等到支架跟進之后再進行開采;工作面推進過程中若出現(xiàn)頂板矸石冒落、支架支護時應盡量做到兩個支架保證初撐力，一個支架保證架型，對頂板進行維護管理，同時支架的頂梁應適當?shù)纳涎觥?/p>

4 總結(jié)

2306回采工作面過斷層期間采區(qū)了一系列的采煤機割煤巖技術措施，安全快速的通過了斷層，回采面過斷層期間采煤推進較為平穩(wěn)，液壓支架未出現(xiàn)倒架、咬架等現(xiàn)象，破碎頂板得到有效支撐。同時在回采面過斷層期間割巖量較小，挑頂、臥底厚度均在設計范圍之內(nèi)，做到對煤質(zhì)較低的影響。

參考文獻：

[1]賀朋帥，涂政.煤礦井下過斷層施工技術及安全技術措施研究[J].技術與市場，2019，26（02）：119+121.

[2]陰振山.回采工作面過斷層技術及應用分析[J].當代化工研究，2019（01）：139-140.

[3]鄭紀峰.綜采工作面過斷層回采工藝研究[J].山東煤炭科技，2018（12）：22-23+25.

[4]朱峰.綜采工作面過斷層施工工藝應用[J].山東煤炭科技，2018（10）：11-12.

[5]李啟鋒.綜采工作面過斷層施工工藝及安全措施研究[J].山東煤炭科技，2018（10）：73-74.