煤礦綜采工作面快速過斷層回采工藝探討

（山西晉煤集團(tuán)晉圣松峪煤業(yè)有限公司 山西 048000）

前言

在進(jìn)行回采的過程中，往往出現(xiàn)一些斷層等特殊的地質(zhì)構(gòu)造情況，尤其對于中小型斷層而言，其可能會對掘進(jìn)與回采工作帶來一定程度的影響，以及對設(shè)備的消耗比較大。當(dāng)掘進(jìn)遇到斷層時(shí)，往往可以使用放炮的形式，可是該措施不利于設(shè)備的管理以及會降低回采效率，更有甚者會出現(xiàn)片幫冒頂?shù)默F(xiàn)象，進(jìn)而嚴(yán)重限制掘進(jìn)進(jìn)度。對于正交型的斷層而言，可以使用旋轉(zhuǎn)調(diào)斜回采形式，對回采位置進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)而可以使得工作面與斷層保持平行，便于綜采設(shè)備調(diào)整角度，進(jìn)而提高工作效率。

1.工程概況

對松峪煤業(yè)的采煤層2號、15號煤層進(jìn)行觀察發(fā)現(xiàn)，2號煤層平均厚度為2m，而15號煤層平均厚度為2.8m。15號煤層頂板主要包括如下幾個巖石結(jié)構(gòu)：第一，泥巖；第二，砂質(zhì)泥巖；第三，砂巖等。借助機(jī)械化的手段實(shí)現(xiàn)一次采全高技術(shù)，實(shí)現(xiàn)長臂采煤，以及全部跨落法實(shí)現(xiàn)對頂板的管理工作。

對于15號采煤區(qū)而言，其包括151302工作面，其參數(shù)如下：走向長為705m，傾向長度為150m，相應(yīng)的煤層厚度為2.8m。在151302工作面切眼相外460m的位置處存在一個回風(fēng)巷，同時(shí)在240m位置FJ1正斷層落差7m，相應(yīng)的傾斜角度為55°。此斷層屬于正交斷層，可以形成一個切眼夾角為18°。當(dāng)該斷層向回風(fēng)巷工作面延伸時(shí)，能夠影響傾向長度可以達(dá)到56m，對于該區(qū)域的煤層底板進(jìn)行開采時(shí)，通常采煤機(jī)割矸需要使用松動炮才可以實(shí)現(xiàn)對割矸回采。

2.傳統(tǒng)松動炮過斷層工藝分析

(1)松動炮強(qiáng)行通過斷層回采方法

假如在掘進(jìn)時(shí)，綜采工作面遇到斷層可以使用放炮與采煤機(jī)的形式進(jìn)行強(qiáng)行回采，下面以FJ1斷層為例進(jìn)行說明：

①當(dāng)斷層完全暴露在工作面前時(shí)，可以在斷層下盤煤層頂板上的采煤機(jī)截割范圍進(jìn)行施工松動炮孔工藝?？咨钌疃仍O(shè)定為1.0m，直徑設(shè)定為42mm，炮孔方向與回采方向保持一致。共計(jì)設(shè)置向下兩排炮孔，上排孔距離頂之間的距離為0.3m，而相應(yīng)的下排炮孔距離上排孔之間的距離設(shè)定為1m，如圖1所示。

圖1 排炮孔布置情況圖

②當(dāng)完成炮孔施工之后，可以在炮孔內(nèi)部設(shè)置乳化炸藥，每一個孔設(shè)置的藥量為0.3kg，使用水泡泥進(jìn)行封孔，封孔長度設(shè)置為0.5m，最終使用電雷管進(jìn)行引爆。

③當(dāng)在斷層下盤煤層頂板放炮之后，可以使用采煤機(jī)實(shí)施截割，每刀割采深度可以達(dá)到0.5m，當(dāng)完成兩個循環(huán)之后可以繼續(xù)實(shí)施松動炮工藝，一直通過斷層為止。

(2)放炮過斷層工藝缺點(diǎn)

①由于破巖比較多。破巖相對較多，同時(shí)在設(shè)備方面的損耗比較多。經(jīng)過調(diào)研煤層頂板是由粉砂巖組成，其硬度相對較大，即使實(shí)施提前松動爆破，往往也會對采煤機(jī)帶來較大的損害。

②工作面推進(jìn)效率相對較低。所選用的循環(huán)往往都使用松動爆破的形式，施工所實(shí)施的炮孔數(shù)量以40個為基準(zhǔn)，同時(shí)打孔和裝藥時(shí)間控制在3h，爆破所需要的時(shí)間共計(jì)40min，因此致使工作面回采效率低下不足3m，回采效率相對低下。

③降低回采率。當(dāng)前由于在工作面斷層受影響長度65m，經(jīng)過計(jì)算在放炮回采煤機(jī)浪費(fèi)煤量可以達(dá)到5000t，直接導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)損失200萬元。與此同時(shí)，假如將大量的煤留在采空區(qū)，將會導(dǎo)致大量的瓦斯涌出，進(jìn)一步加劇瓦斯治理難度。

3.旋轉(zhuǎn)調(diào)斜過斷層回采工藝分析

(1)旋轉(zhuǎn)回采工藝

為了更好地優(yōu)化工作面斷層的回采率，不僅可以有效地減少低煤與破巖石量，而且極大的提高過斷層的效率。當(dāng)回采到距離斷層5m時(shí)，可以選用旋轉(zhuǎn)回采方式，進(jìn)而使得工作面與斷層保持平行。

①151302工作面設(shè)置的刮板輸送機(jī)，其達(dá)到最大彎曲角度達(dá)到1.5°。通常采煤機(jī)在回采時(shí)，其深度要達(dá)到0.6m，每前進(jìn)一次刮板輸送機(jī)允許達(dá)到長度為：L=0.6/sin1.5°=22.9m。當(dāng)工作面選用的液壓支架寬度為1.5m時(shí)，其允許彎曲范圍支架數(shù)量將為15架。

②在旋轉(zhuǎn)回采之前，必須調(diào)直切眼，接著，可以把相應(yīng)的采煤機(jī)設(shè)置到92架位置，同時(shí)向機(jī)尾側(cè)進(jìn)刀，其采深可以達(dá)到0.6m。

③采煤機(jī)可以從77架開始向機(jī)尾實(shí)現(xiàn)進(jìn)刀，當(dāng)實(shí)現(xiàn)回采之后機(jī)尾端依舊返回到77架位置，接著將77到92架間的刮板機(jī)向前移動。

④斷層與切眼之間的夾角為55°，當(dāng)工作面機(jī)尾切斷斷層之后回采可以達(dá)到17.6m，這時(shí)可以把該斷層全部顯露出來。由于在工作面位置僅僅需要四次旋轉(zhuǎn)循環(huán)即可將工作面與斷層保持平行。

(2)調(diào)斜回采工藝

經(jīng)過旋轉(zhuǎn)工藝可以實(shí)現(xiàn)揭露全部斷層，既可以通過全部的斷層。為了能夠有效地優(yōu)化回采率，可以使用調(diào)整采煤機(jī)俯斜回采的形式通過斷層。

①切眼從機(jī)頭到機(jī)尾位置下行回采的過程中，當(dāng)其到達(dá)斷層14m位置處，通過調(diào)整采煤機(jī)的角度，將角度設(shè)置為-7°實(shí)現(xiàn)回采。

②假如采煤機(jī)俯采到斷層下盤煤層底板位置時(shí)，這時(shí)將采煤機(jī)角度調(diào)整為水平回采位置。

③當(dāng)使用俯斜回采時(shí)，往往需要設(shè)置斷層上盤頂煤，其厚度范圍在0到1.7m之間。依據(jù)回采的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在回采時(shí)由于受到來自于動壓的影響，留煤難度較大，往往導(dǎo)致頂板出現(xiàn)跨冒的風(fēng)險(xiǎn)。因此，需要實(shí)施注漿加固實(shí)現(xiàn)聯(lián)合支護(hù)。俯斜回采過程中，可以實(shí)施頂煤施工注漿鉆孔形式，其深度可以達(dá)到3m，傾斜角度可以達(dá)到-7°，間距達(dá)到2m。與此同時(shí)實(shí)施轉(zhuǎn)孔高壓注漿，以及使用鋼釬進(jìn)行撞楔超前支護(hù)，其中鋼釬之間的間距設(shè)定為0.5m，排距設(shè)定為2m。

4.效果

（1）對于斷層而言，可以使用旋轉(zhuǎn)調(diào)斜回采的方式使得回采工作面與斷層保持平行，在調(diào)整設(shè)置后集中通過斷層可以優(yōu)化設(shè)備的管理以及相應(yīng)的回采效率，降低破巖量預(yù)計(jì)丟煤率。

（2）在回采時(shí)使用俯斜工藝，能夠有效的減少斷層下盤破巖量，其數(shù)值可以達(dá)到4000m3，煤產(chǎn)量可以增加5000t，進(jìn)而能夠有效地提高回采煤量。

（3）經(jīng)過工作面斷層時(shí)，可以通過注漿的形式對上盤頂煤進(jìn)行加固，進(jìn)一步提升了頂煤膠結(jié)度，其中煤體單軸抗壓強(qiáng)度可以達(dá)到55MPa，進(jìn)而能夠有效地避免出現(xiàn)頂板跨冒安全事故。