綜采工作面過斷層采煤技術(shù)實(shí)踐

＊張曉波

（太原煤炭氣化（集團(tuán)）有限責(zé)任公司 山西 030024）

引言

作為傳統(tǒng)的煤炭生產(chǎn)國(guó)，我國(guó)在工作面斷層的技術(shù)相對(duì)成熟，其煤炭能源具有很大程度的發(fā)展前景。盡管受到全球煤炭資源市場(chǎng)疲軟和產(chǎn)能減少等影響，導(dǎo)致煤炭生產(chǎn)雖然有所下降，但其煤炭產(chǎn)量仍達(dá)到約10.3億噸，從我國(guó)煤炭生產(chǎn)的實(shí)際情況看，地質(zhì)條件通常是復(fù)雜度較大的。綜采工作面斷層是采礦和巷道開挖中最明顯的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，它的存在很容易使周圍的碎石層堆積大量的水和氣體，當(dāng)采掘面經(jīng)過這些地方時(shí)，如果未能及時(shí)采取有效的預(yù)防措施，很容易導(dǎo)致工作面上發(fā)生煤礦事故，例如瓦斯涌出、泄漏等，因此，應(yīng)加強(qiáng)技術(shù)人員安全意識(shí)，實(shí)現(xiàn)礦山的長(zhǎng)期、安全、高效生產(chǎn)。

1.工作面過斷層常用方法概述

（1）采高調(diào)整法。在綜采工作面采用采高調(diào)整法時(shí)，主要為了保留斷層上壁和下壁之間的煤層厚度，該程度高于液壓支架的下限，其功能目的是盡可能避免煤礦開采作業(yè)中出現(xiàn)的故障，并保證生產(chǎn)效率和安全性。使用此方法之前，應(yīng)對(duì)要通過的斷層及其各種參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)的地質(zhì)調(diào)查，以確保適當(dāng)范圍內(nèi)內(nèi)部降低到合理的支撐高度，調(diào)整高度的主要優(yōu)點(diǎn)是該過程易于操作，產(chǎn)生的煤石率低且有利于維護(hù)工作臺(tái)面設(shè)備；缺點(diǎn)是當(dāng)工作面通過斷層時(shí)，部分底部煤將流失。

采高調(diào)整法在應(yīng)用中首先需要準(zhǔn)確把握斷層錯(cuò)位及其走向；其次應(yīng)調(diào)整好切割高度，根據(jù)故障及其與采礦機(jī)的關(guān)系保留頂板，采用切底、切頂?shù)姆椒ńY(jié)合實(shí)踐，最后要特別注意的是，當(dāng)綜采工作面遇到比較特殊的故障時(shí)，企業(yè)可以抬高工作面，使采煤在較低級(jí)別的情況下進(jìn)行[1]。

（2）硬過平推法。當(dāng)工作面前進(jìn)時(shí)，遇到的斷層下降是有限的，但是一旦出現(xiàn)不能通過采礦實(shí)現(xiàn)高調(diào)整時(shí)，可以使用硬過平推的方法。在使用中，應(yīng)根據(jù)實(shí)際測(cè)量結(jié)果提前測(cè)出故障的距離，從而保證斷層數(shù)據(jù)在巖層上執(zhí)行破巖操作，但是由于采煤機(jī)受力有限會(huì)破壞巖石，因此該方法僅適用于工作面的頂板和底板。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是過程簡(jiǎn)單易行；它的缺點(diǎn)是采煤機(jī)鎬的嚴(yán)重磨損以及頻繁的更換，導(dǎo)致工作面的頂部難以管理等問題。

（3）臥底挑頂法。臥底挑頂法在本質(zhì)上是一種平推和硬傳遞的表現(xiàn)，在特定操作過程中，工作面向前切開，低于斷層后面的直接層，然后選擇頂級(jí)方法。在這種情況下，應(yīng)采用抬底的方法，具體來(lái)說，臥底挑頂法是依靠風(fēng)鎬或爆破等待采煤機(jī)以其他方式穿過巖石，從而進(jìn)行工作面的跨斷層操作。在實(shí)際使用中，施工人員應(yīng)首先檢查故障爆破孔的質(zhì)量，選擇分配方法、相關(guān)參數(shù)和爆破度，該方法的使用對(duì)工作面開采范圍有一定影響。臥底挑頂法的優(yōu)點(diǎn)是有效避免了過多的采礦設(shè)備，從而節(jié)省成本；但缺點(diǎn)是施工過程比較復(fù)雜瑣碎，施工困難，并且實(shí)際施工速度慢。

（4）跳采法。跳采法通常稱為旁路法，主要用于故障掉落和影響范圍較大時(shí)，可以分為全部跳過和有兩個(gè)部分跳過，后者通常需要大量的工程，并且對(duì)采礦有負(fù)面影響，應(yīng)用較少；前者通過尺寸的變化相互聯(lián)系，有助于改善煤層的采收率，但是中間車道的建設(shè)、通風(fēng)系統(tǒng)及相關(guān)設(shè)備的連接使其成為需要重點(diǎn)關(guān)注的部分。同時(shí)應(yīng)根據(jù)斷層的位置，將采煤工作面局部移動(dòng)或調(diào)整之后，挖掘一條新的巷道進(jìn)行煤礦開采。跳采法的具體用途是，當(dāng)傾斜的交點(diǎn)與綜采工作面傾斜時(shí)，斷層落差變大，難以通過，也可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境挖出一條與故障平行的新車道，需要確定路段材料和運(yùn)輸是否存在良好的聯(lián)系，同時(shí)除了密切關(guān)注故障情況外，還應(yīng)適當(dāng)加強(qiáng)支持，以有效地保障煤礦安全和經(jīng)濟(jì)。

（5）綜合法。煤炭開采技術(shù)具有綜合特點(diǎn)，在實(shí)際工作中經(jīng)常會(huì)受到許多因素的影響，并阻礙煤礦的發(fā)展，因此有必要綜合考慮各種情況，并根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r采取措施，而不是使用相同方法貫穿整個(gè)煤礦開采過程。方法太單一會(huì)導(dǎo)致煤炭加工過程中存在許多漏洞，因此，為了防止不必要的問題出現(xiàn)，跨斷層開采煤炭時(shí)應(yīng)采用綜合方法。

2.綜采工作面過斷層時(shí)可用的其他輔助措施

綜采工作面過斷層時(shí)可用的其他輔助措施包括：其一，應(yīng)該適當(dāng)?shù)膶⒄麄€(gè)工作面的方向進(jìn)行調(diào)整，這樣可以有效改善工作面與故障之間的直接接觸夾角，但是需要注意的是，隨著工作面角度的調(diào)整，長(zhǎng)度也會(huì)在一定程度上變化，因此，在實(shí)際施工過程中，必須仔細(xì)選擇更改內(nèi)容[2]。其二，當(dāng)工作面穿過斷層時(shí)，支架的俯仰角應(yīng)小于14°，故應(yīng)基于斷層的結(jié)構(gòu)，綜合判斷施工的性質(zhì)和工作面的屋頂巖性，以確定是否選擇頂部或底部挖掘或同時(shí)挖掘兩者，以便有效地保持，同時(shí)，盡可能減少碎石的數(shù)量。其三，過斷層時(shí)，應(yīng)預(yù)先降低采礦高度，從而提高了支撐的穩(wěn)定性，減少碎石操作的數(shù)量，且支柱還應(yīng)保留一定的擴(kuò)張幅度，以確保過斷層時(shí)，支架不會(huì)被壓碎。其四，工作面過斷層時(shí)，應(yīng)確定是否需要挖掘某個(gè)局部區(qū)域底部或保持底部的構(gòu)造，以確保整體變化。其五，過斷層時(shí)應(yīng)進(jìn)行外部運(yùn)輸，盾構(gòu)型比支撐型更容易適應(yīng)斷裂帶，故選擇時(shí)需對(duì)地區(qū)進(jìn)行科學(xué)合理的分析。

3.工程概述與工作面過斷層方案

（1）工程概述。本工程的礦山工作面位于礦山北翼，其平均厚度為3.6m；傾斜角度為6°；工作面總長(zhǎng)度為1050m；采礦長(zhǎng)度為160m；假屋頂約0.8m厚碳質(zhì)泥巖；直接屋頂是粉砂巖，平均厚度約為5m；中間關(guān)節(jié)發(fā)育良好[3]。將整個(gè)工作面切割為100m的距離，在斷層的情況下，斷層下降為7.2m，屬于下降幅度較大的斷層，它極大程度的影響了采礦工作正常進(jìn)行。

（2）工作面過斷層施工方案。鑒于斷層跌落較大，穿過該斷層的工作面不適合采礦，需使用調(diào)整采礦高度的方法，再加上上層屋頂?shù)膸r層（砂巖）巖體強(qiáng)度高，用平推硬通方法很難通過故障，所以，經(jīng)考慮后選擇了兩個(gè)選項(xiàng)：其一是爆破和地下掩護(hù)以過斷層；其二是跳采法，經(jīng)過比較分析，最終采用跳采法。工作面開采水平的確定，主要根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件與地質(zhì)數(shù)據(jù)相結(jié)合，在施工期間應(yīng)注意：①水平調(diào)節(jié)原理：當(dāng)工作面底部超過1.0m時(shí)懸掛板按操作規(guī)程要求進(jìn)行。②調(diào)整開采范圍時(shí)，每把刀的頂部或臥底不得超過100mm。

（3）工作面過斷層安全技術(shù)措施。工作面過斷層的安全技術(shù)措施共有以下幾點(diǎn)需要注意：①在故障期間，準(zhǔn)備碰撞楔子、金屬網(wǎng)、單個(gè)液壓支柱、鏟子等，用于屋頂下降的各種工具和材料。②預(yù)先支撐的單個(gè)液壓支柱必須有足夠的支撐空間，確保山體堅(jiān)固。③刮板輸送機(jī)的機(jī)頭和機(jī)尾發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)預(yù)先處理三角形區(qū)域的屋頂，在故障期間，下端和尾道撤退前，必須檢查后路的單個(gè)液壓支柱，當(dāng)預(yù)設(shè)的定力不足時(shí)，需進(jìn)行第二次注油，以確保尾部回撤點(diǎn)后面的道路安全。④嚴(yán)格按照操作規(guī)程進(jìn)行操作。⑤采煤通過裂縫區(qū)時(shí)必須控制采煤機(jī)步行速度，以防止煤石和煤傷害到人。

⑥在故障期間，當(dāng)人員需要工作時(shí)，采煤機(jī)應(yīng)停止切割煤，將手柄歸零，然后拆下鼓式離合器，需要噴砂時(shí)，應(yīng)做好液壓支撐柱和各種管道的保護(hù)。

4.綜采工作面過斷層采煤技術(shù)實(shí)踐探析

（1）應(yīng)用支護(hù)技術(shù)。為了避免斷層采煤時(shí)冒頂，煤礦企業(yè)應(yīng)在巷道中使用支撐技術(shù)，例如，某種煤炭在該煤礦的綜采工作面中，距離明挖距離為90m，當(dāng)?shù)涔收蠠o(wú)法通過時(shí)，在距原始工作面30m的距離處重新開槽（以消除故障）。由于與原始切口的距離很小，工作面的超前壓力會(huì)增加，因此，在新巷道的開放使用中，應(yīng)使用螺栓-網(wǎng)索組合支撐技術(shù)。

（2）增加工作面推進(jìn)速度。減少屋頂損壞的有效方法是合理的提高工作面前進(jìn)速度。隨著工作面前進(jìn)速度的加快，煤壁暴露的時(shí)間越快，因此，在特定范圍內(nèi)合理提高工作面的前進(jìn)速度，有效將煤炭的開采效率進(jìn)一步提升，將總成本降至最低，從而為煤礦企業(yè)增加了利潤(rùn)。

（3）調(diào)整工作面與斷層線的夾角。通常，如果煤層的傾斜部分等于或大于掉落部分，即可以將工作面推進(jìn)。如果工作面和斷層線平行，將導(dǎo)致更大的故障暴露，因此，應(yīng)合理將工作面的方向進(jìn)行調(diào)整，使綜采工作面的斷層之間出現(xiàn)夾角的存在，這種夾角越多，其交叉面積就會(huì)越小，從而減少維護(hù)屋頂?shù)碾y度[4]。一般情況下，頂板工作面在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)出現(xiàn)中等程度的穩(wěn)定性狀態(tài)，其工作面和斷層之間最合適的角度是20°-30°，如果頂板的穩(wěn)定性較差，就應(yīng)將夾角設(shè)置在30°-45°之間更為合適，但這將大大增加綜采工作面的長(zhǎng)度，因此，到底是否選擇這種方法，需要綜合考慮多種因素[5]。

（4）做好斷層處巖石處理。斷層處巖石的處理是過斷層綜采工作面的主要內(nèi)容，如果斷層處巖石的硬度系數(shù)低于4，就可以將其使用切割的方法進(jìn)行巖石處理[6]。值得一提的是在處理故障過程中，需要發(fā)射小型炮，并且必須嚴(yán)格控制裝藥數(shù)量，只有確定了爆破孔的位置和角度后才能進(jìn)行鉆孔制成。

5.結(jié)束語(yǔ)

近年來(lái)，綜采技術(shù)在我國(guó)煤炭開采領(lǐng)域得到了不斷的推廣，煤炭一直是中國(guó)能源的主力，同時(shí)應(yīng)對(duì)煤礦開采中的常見問題進(jìn)行積極深入的研究，以促進(jìn)煤炭工業(yè)的發(fā)展。過斷層進(jìn)行綜采的煤礦，必須根據(jù)具體情況采取不同的措施，在長(zhǎng)期實(shí)踐中，不斷的探索和完善，使過斷層綜合開采技術(shù)逐漸變得更加安全。