綜采工作面過斷層回采工藝技術(shù)研究分析

黨 章

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)泰山隆安煤業(yè)有限公司，山西 忻州 036600）

隨著煤礦綜采工作面生產(chǎn)機(jī)械化水平不斷提高，綜采工作面生產(chǎn)能力也隨之加大，工作面在回采過程中地質(zhì)構(gòu)造如斷層、陷落柱、地壘等是制約工作面回采效率的重要因素。斷層是綜采工作面常見地質(zhì)構(gòu)造之一，斷層侵入工作面不僅破壞了工作面煤層及頂?shù)装鍘r體整體穩(wěn)定性，增加了工作面過斷層期間回采難度，而且斷層帶處巖體穩(wěn)定性差、破碎，在過斷層期間很容易發(fā)生頂板事故，所以綜采工作面過斷層時采取合理有效的回采工藝及支護(hù)技術(shù)[1-5]，對工作面安全高效回采具有重要意義。

1 綜采工作面過斷層技術(shù)難題

綜采工作面回采時，斷層作用破壞煤巖體整體穩(wěn)定性，導(dǎo)致斷層帶附近煤巖體裂隙高度發(fā)育，工作面在過斷層時存在很多技術(shù)難題，主要表現(xiàn)在以下幾方面：

（1）斷層帶處煤巖體穩(wěn)定性差。斷層破壞了煤巖體力學(xué)結(jié)構(gòu)，斷層帶附近煤巖體在構(gòu)造應(yīng)力作用下，煤巖體裂隙擴(kuò)張破壞嚴(yán)重，當(dāng)工作面回采至斷層帶處時，在構(gòu)造應(yīng)力、回采應(yīng)力等集中應(yīng)力破壞作用下，煤巖體嚴(yán)重破碎，主要體現(xiàn)在端面頂板破碎嚴(yán)重、端面距加大、煤壁片幫嚴(yán)重。

（2）維護(hù)難度大。綜采工作面主要采用液壓支架進(jìn)行頂板控制維護(hù)，液壓支架支護(hù)屬于被動支護(hù)，由于斷層處頂板及煤壁煤巖體破碎嚴(yán)重，支架在升壓時對頂板產(chǎn)生一個被動支撐作用，該作用力對不穩(wěn)定破碎頂板產(chǎn)生切頂破壞作用，加劇了頂板破碎力度，頂板支護(hù)難度大，達(dá)不到頂板預(yù)期支護(hù)效果。

（3）設(shè)備故障率高。在過斷層期間工作面頂板易冒落，導(dǎo)致支架頂梁上方出現(xiàn)托空現(xiàn)象，增加了支架移架難度，經(jīng)常出現(xiàn)支架倒架、陷架現(xiàn)象。同時，大面積煤壁片幫不利于采煤機(jī)割煤以及刮板輸送機(jī)運(yùn)煤，設(shè)備負(fù)荷加大，增加了設(shè)備故障率。

2 綜采工作面過斷層的常用方法

2.1 跳采法

當(dāng)工作面揭露斷層落差在5.0～10 m 范圍內(nèi)且對工作面回采影響長度在20～50 m 范圍內(nèi)時，采用傳統(tǒng)回采工藝不僅效率低、找煤難度大、煤柱損失量大，而且破巖量增大，在破巖時機(jī)械設(shè)備損壞嚴(yán)重，所以適宜采用跳采法進(jìn)行回采。即沿著斷層走向面施工一條巷道，提前對斷層處巖體進(jìn)行開挖，避免工作面過斷層時截割巖石，使工作面過斷層變?yōu)檫^空巷。采用該方法工作面過斷層時破巖量相對較小，且回采速度快，但是增加了工作面掘進(jìn)工程量，而且鑿巷后需對巷道內(nèi)進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，當(dāng)工作面回采應(yīng)力進(jìn)入該巷道時，易在巷道內(nèi)產(chǎn)生卸壓破壞作用，巷道變形嚴(yán)重。

2.2 直接回采法

當(dāng)工作面揭露的斷層落差較小，且斷層上下盤揭露的煤層最小厚度大于支架最小高度時，可采用采煤機(jī)直接破巖的方法進(jìn)行回采。一般過斷層支架下限通過高度：H=h1+h2+a，其中：h1為液壓支架下限高度，m；h2為頂板的最大下沉量，m；a 為支架在下限工作狀態(tài)下液壓柱伸縮量。該方法具有回采速度快，過斷層期間機(jī)械設(shè)備調(diào)整幅度小等優(yōu)點(diǎn)，但是當(dāng)斷層處巖體硬度大，厚度大于0.5 m 時，采用該方法過斷層時機(jī)械設(shè)備損壞程度大。

2.3 新開切巷法

當(dāng)工作面揭露的斷層落差大于10 m 且斷層貫穿整個工作面時，可采用新開切巷法進(jìn)行回采。即在工作面前方50～100 m（避開回采應(yīng)力區(qū)）新鑿一條切巷，然后將原工作面內(nèi)設(shè)備全部搬至切巷內(nèi)進(jìn)行回采。該方法完全避開了大斷層對工作面回采影響，但是增加了工作面設(shè)備搬家回撤次數(shù)，延長工作面回采周期，而且該方法會造成采空區(qū)內(nèi)遺煤量大，不利于采空區(qū)安全管理。

2.4 仰俯斜回采工藝

當(dāng)工作面揭露的斷層落差在1.0～3.0 m 范圍內(nèi)，且小于工作面回采煤層厚度時，根據(jù)斷層性質(zhì)，合理分析斷盤兩側(cè)煤體走向，可采用仰斜（正斷層）或俯斜（逆斷層）回采工藝。即工作面在揭露斷層前10～20 m 范圍內(nèi)按設(shè)計角度進(jìn)行仰斜或俯斜回采，直至完全過斷層帶且揭露斷層另一盤煤層。該方法可減少工作面破巖量，增加煤柱回采量。但是在仰俯斜回采時，頂煤預(yù)留難度大，頂板相對破碎，需對頂板進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)。

3 實(shí)際應(yīng)用分析

3.1 工程概述

泰山隆安煤礦8204 工作面位于井田二采區(qū)西翼，工作面南部為二采區(qū)運(yùn)輸下山，西為8202 采空區(qū)，東為8206 工作面運(yùn)輸順槽，北為實(shí)煤區(qū)。8204 工作面切巷長度為182 m，回采長度為1177 m，工作面回采煤層為8#煤層，煤層平均厚度為5.2 m，平均傾角為4°，采用低位放頂煤機(jī)械化回采工藝，回采高度為3.5 m，放煤高度為1.7 m，工作面已回采240 m。

地質(zhì)報告顯示，8204 工作面在回采過程中共計揭露7 條正斷層，斷層最大落差為2.3 m，最小落差為0.6 m。工作面已揭露3 條斷層，根據(jù)工作面前期揭露斷層時回采現(xiàn)狀來看，工作面在過斷層期間頂板、煤壁破碎嚴(yán)重，頂板最大空頂距達(dá)1.8 m，煤壁最大片幫深度達(dá)2.2 m，導(dǎo)致工作面過斷層期間回采速度不足4.0 m/d。

3.2 綜采工作面過斷層回采工藝

8204 工作面回采至560 m 處揭露F7 斷層，斷層落差為2.3 m，平均傾角為52°。由于斷層落差較大，受斷層影響工作面煤體出現(xiàn)上移現(xiàn)象，若采用直接回采工藝時，需破斷層下盤底板巖體。該巖體主要為砂巖與泥巖，巖體單軸抗壓強(qiáng)度35 MPa，破巖量達(dá)2100 m3，不利于工作面安全高效回采，所以決定采用挑頂留底仰斜回采工藝，如圖1，具體回采方法如下。

（1）工作面回采至距F7 斷層10 m 處時，及時調(diào)整工作面?zhèn)涡辈⑶謇砀∶?，保證工作面支架平直且具有足夠的工作阻力，頂板端面空頂距控制在0.3 m 以下，頂板不得留有“馬棚、傘檐”等。

（2）工作面從550 m 處時開始調(diào)整采煤機(jī)角度，以10°仰角仰斜回采。由于8204 工作面回采煤層為5.2 m，所以可適當(dāng)降低采煤高度，控制在2.5～3.5 m范圍內(nèi)，保證仰斜回采時減少頂板破巖量。

（3）當(dāng)工作面回采至555 m 處時，應(yīng)降低采煤機(jī)切割速度及割煤深度，在斷層帶處應(yīng)采用分段割煤以及超前帶壓擦頂移架方式，分段割煤長度控制在30～50 m 范圍內(nèi)，從而保證支架對破碎頂板及時進(jìn)行支護(hù)。

（4）8204 工作面仰斜回采過斷層帶后且完全揭露斷層下盤煤層頂板時，再次調(diào)整采煤機(jī)采煤角度，停止仰斜回采工藝，采用近水平回采工藝，并逐漸調(diào)整采煤高度至設(shè)計值。

（5）工作面在仰斜回采過程中，若頂板相對破碎導(dǎo)致支架工作阻力或初撐力達(dá)不到設(shè)計值時，可對工作面頂板施工一排撞楔超前支護(hù)進(jìn)行頂板維護(hù)。當(dāng)頂板破碎且煤壁片幫嚴(yán)重時，可采用注漿加固技術(shù)對煤壁及頂板進(jìn)行維護(hù)。

圖1 8204 工作面過F7 斷層仰斜回采剖面示意圖

3.3 實(shí)際應(yīng)用效果分析

8204 工作面回采至592 m 時，通過了F7 斷層破碎帶，采用仰斜回采工藝以及合理有效的支護(hù)技術(shù)后，工作面在過斷層期間未出現(xiàn)頂板嚴(yán)重破碎現(xiàn)象，煤壁片幫深度控制在0.5 m 以內(nèi)，端面空頂距控制在0.3 m 以下。與傳統(tǒng)回采工藝相比，該回采方法減少破巖量達(dá)1850 m3，降低了機(jī)械設(shè)備故障率，提高原煤回采量達(dá)0.87 萬t。工作面過斷層期間回采速度為6.7 m/d。

4 結(jié)束語

綜采工作面過斷層期間，應(yīng)根據(jù)斷層產(chǎn)狀以及斷層對工作面影響程度采取相應(yīng)的回采工藝。同時，過斷層期間應(yīng)采取合理有效的支護(hù)技術(shù)，保證工作面安全快速過斷層，避免過斷層期間發(fā)生頂板冒落、垮落等頂板事故，降低設(shè)備事故率，保證工作面安全高效生產(chǎn)。