大采高綜采工作面過(guò)斷層技術(shù)實(shí)踐

安瑞廷，張 奇

(山西潞安化工集團(tuán) ，山西 長(zhǎng)治 046000)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)能源供應(yīng)的需求日益增長(zhǎng)，煤炭仍將長(zhǎng)期作為我國(guó)的主體能源。然而煤炭開(kāi)采過(guò)程中，經(jīng)常遇到各種各樣的地質(zhì)構(gòu)造，其中斷層是最常見(jiàn)的一種。斷層的存在對(duì)礦井生產(chǎn)組織、頂部管理、人員安全都有一定影響，致使工作面支架壓力升高，增加頂板管理難度，同時(shí)加大頂板及機(jī)電事故的頻率。因此，對(duì)過(guò)斷層的技術(shù)實(shí)踐研究具有十分重要的意義[1-4]。

1 工作面及斷層概況

潞安化工集團(tuán)李村煤礦1305大采高綜采工作面北部為空白區(qū)，南部為1303工作面采空區(qū)，西部為一采區(qū)大巷，東部為井田東部邊。1305工作面平均可采長(zhǎng)度775 m(進(jìn)風(fēng)巷側(cè)772 m，回風(fēng)巷側(cè)778 m)，切眼長(zhǎng)250 m，可采面積193 750 m2。

1305工作面按煤層走向布置，平均可采長(zhǎng)度775 m，切眼長(zhǎng)250 m，可采面積193 750 m2。煤層傾角-12～5°，平均傾角6°，煤層厚度5.1～5.8 m，平均5.4 m，采用走向長(zhǎng)壁一次采全高后退式全部垮落綜合機(jī)械化采煤法。根據(jù)三維地震勘探資料顯示：1305綜采工作面在機(jī)尾距開(kāi)切眼118 m處揭露逆斷層FJ25，斷距約0～4 m，傾角約25°，方位角約為355°，見(jiàn)圖1。工作面頂?shù)装鍑鷰r及其特征，見(jiàn)表1。

圖1 1305工作面斷層示意

表1 1305工作面圍巖及其特征

2 綜采工作面過(guò)斷層工藝

目前，我國(guó)煤礦綜采工作面過(guò)斷層采用的施工工藝主要有跳采法和硬過(guò)法。

跳采法即工作面回采揭露斷層后及時(shí)停采，在工作面回采前方開(kāi)掘設(shè)備回撤通道，進(jìn)行搬家倒面，重新開(kāi)掘一條新的切眼。采用跳采法可直接避開(kāi)斷層構(gòu)造的影響，但是在回采前方重新掘切眼會(huì)增加停采煤柱寬度，降低資源回收率，提高工作面開(kāi)采成本，而且工作面搬家倒面需一定時(shí)間，造成時(shí)間、人力和物力的浪費(fèi)，甚至可能會(huì)造成采掘銜接緊張。

強(qiáng)推硬過(guò)法即采煤機(jī)機(jī)組截割配合松動(dòng)爆破的方式破巖，然后適當(dāng)調(diào)整采高，工作面設(shè)備直接平推過(guò)斷層[2]。調(diào)整采高平推的方式通常適用于斷層落差較小、斷層上下盤(pán)接觸間煤層厚度大于液壓支架通過(guò)下限高度的斷層。在實(shí)際操作中，需要留頂煤或底煤過(guò)斷層，之后逐漸恢復(fù)原采高。此種情況可采用留底煤的方式，上抬綜采工作面，降低采高順利通過(guò)斷層，有效降低煤質(zhì)含矸率，減少截齒消耗量，配合松動(dòng)放炮，確保采煤機(jī)組順利工作[3]。

綜合分析以上兩種過(guò)斷層工藝方法的優(yōu)劣，再結(jié)合李村煤礦1305工作面地質(zhì)條件，決定采用強(qiáng)推硬過(guò)法通過(guò)斷層構(gòu)造。采用雙滾筒采煤機(jī)機(jī)械落煤，遇到受斷層影響且機(jī)組截割困難的區(qū)域，放松動(dòng)炮落煤，采煤機(jī)與刮板機(jī)聯(lián)合裝煤，刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、可伸縮膠帶輸送機(jī)聯(lián)合運(yùn)煤，兩柱掩護(hù)式液壓支架支護(hù)頂板。機(jī)組割透端頭煤壁后，將上滾筒降下割底煤，下滾筒升起割頂煤，采煤機(jī)反向沿刮板輸送機(jī)彎曲段斜切入煤壁。采煤機(jī)機(jī)身全部進(jìn)入直線段且兩個(gè)滾筒的截深全部達(dá)到0.8 m后停機(jī)。將支架拉過(guò)并順序推溜頂過(guò)機(jī)尾(機(jī)頭)后調(diào)換上、下滾筒位置向進(jìn)刀端頭割煤。采煤機(jī)再次割透端頭煤壁后，再次調(diào)換上、下滾筒位置，向機(jī)尾(機(jī)頭)割煤，開(kāi)始下一個(gè)循環(huán)的割煤，割過(guò)煤后及時(shí)拉架—頂機(jī)尾(機(jī)頭)—推溜，采煤機(jī)截割工藝如下：

1) 升起前滾筒、降下后滾筒、推動(dòng)刮板輸送機(jī)、機(jī)組割煤，沿刮板輸送機(jī)彎曲段斜切入煤壁至順槽壁大約50 m處，工藝見(jiàn)圖2。

圖2 1305工作面斷層截割工藝示意

2) 兩滾筒截深全部達(dá)到0.8 m后，停機(jī)、拉架、推刮板輸送機(jī)。

3) 機(jī)組反向割煤，推刮板輸送機(jī)、拉架割三角煤至端頭。

4) 割透端頭煤壁后，升起前滾筒、降下后滾筒，返空刀到斜切進(jìn)刀正常截深，然后繼續(xù)割煤直至另一側(cè)巷道、重復(fù)2～4 步驟。

根據(jù)工作面地質(zhì)條件，在頂板穩(wěn)定的情況下，采用雙向鄰架操作、順序單架移架，滯后采煤機(jī)后滾筒3～4架移架；打護(hù)幫板采用雙向成組動(dòng)作，每組動(dòng)作3～6架。頂板破碎段，每次只準(zhǔn)收回1個(gè)護(hù)幫板，可緊跟前滾筒拉架或停機(jī)超前移架及時(shí)支護(hù)頂板。拉架完成后必須保證液壓支架的直線度，偏差不得大于50 mm，仰角不得超過(guò)7°，歪斜不得超過(guò)5°，相鄰支架間不得有明顯高低錯(cuò)茬。推移刮板輸送機(jī)時(shí)，保證0.8 m的推進(jìn)度，并于煤壁平行，除彎曲段其余部分不得出現(xiàn)彎曲。同時(shí)浮煤(矸)應(yīng)及時(shí)清理，確保刮板輸送機(jī)的平整，不得出現(xiàn)局部起伏的現(xiàn)象。若遇到頂板破碎大塊石頭掉落或松動(dòng)放炮崩落大塊石頭，影響拉架推溜，采取打眼放炮的方式處理大石頭。移架推溜困難時(shí)使用單體柱或木料輔助完成。

3 綜采工作面過(guò)斷層安全管理措施

3.1 煤壁注漿

1305綜采工作面揭露斷層后，在煤壁片幫嚴(yán)重的區(qū)域進(jìn)行注漿管理。通過(guò)對(duì)工作面煤墻注漿，能夠?qū)鄬佑绊懙钠扑槊簬r體進(jìn)行重新固結(jié)，重新恢復(fù)承載能力，使用的注漿材料為瑪麗散，一種低粘度的高分子樹(shù)脂材料，在遇到水和催化劑時(shí)會(huì)產(chǎn)生膨化產(chǎn)物，這種產(chǎn)物具有較大的粘結(jié)密實(shí)性，通過(guò)高壓注漿泵將膨化產(chǎn)物加壓到破碎煤巖體中，使其與煤巖體進(jìn)行粘結(jié)，將破碎煤巖體重新粘結(jié)在一起形成新的整體，很大程度上提高了圍巖的強(qiáng)度以及穩(wěn)定性。

注漿效果的好壞直接取決于注漿壓力。壓力過(guò)大，容易造成煤巖體進(jìn)一步劈裂破碎，進(jìn)而導(dǎo)致漿液流失；壓力過(guò)小，會(huì)導(dǎo)致漿液在煤巖體內(nèi)部擴(kuò)散不充分，填充不密實(shí)，從而造成注漿材料與破碎煤巖體之間粘結(jié)效果差。

結(jié)合注漿過(guò)程中經(jīng)常存在的問(wèn)題：一是注漿間距超過(guò)馬麗散單孔凝固的有效半徑，孔和孔之間達(dá)不到共同凝固煤體作用，生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)凝固區(qū)域整塊掉落、煤墻呈雞窩狀現(xiàn)象；二是局部單孔注漿量大、漿末位置管理不到位，呈現(xiàn)注漿區(qū)域煤墻在漿末位置結(jié)塊、掉落大塊馬麗散堵口現(xiàn)象，漿末位置頂板反復(fù)破碎現(xiàn)象；三是注漿過(guò)程缺乏有效監(jiān)管，馬麗散漿料外流現(xiàn)象嚴(yán)重，存在人為浪費(fèi)材料現(xiàn)象。為保證合理的壓力，依據(jù)李村煤礦以往的注漿施工資料以及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，最終確定1305工作面煤壁注漿壓力范圍為10～12 MPa，確定注漿參數(shù)布置如下：孔深8 m，封孔4 m。下排孔距底板1.5 m，垂直煤墻打設(shè)；上排孔距頂板1 m，仰角5°打設(shè)，注漿孔水平間距5.2 m，三花布置，循環(huán)步距4 m。注漿工藝見(jiàn)圖3。

圖3 注漿系統(tǒng)示意

3.2 頂板管理

回采工作面要快速順利通過(guò)斷層構(gòu)造，面臨的安全威脅相對(duì)較多，諸如冒頂、倒架、片幫等眾多危險(xiǎn)有害因素，因此全面做好安全管理非常關(guān)鍵。在工作面現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)時(shí)，應(yīng)做好以下工作：

1) 加強(qiáng)斷層位置探測(cè)管理。為了探明斷層在工作面內(nèi)部的走向情況。隨著生產(chǎn)推進(jìn)，利用檢修時(shí)間，在斷層延伸方向可能影響區(qū)域，打鉆探測(cè)留設(shè)底煤厚度，分析、判斷斷層走向、延伸速度及推進(jìn)之間關(guān)系。

2) 回采作業(yè)時(shí)，要加強(qiáng)工作面現(xiàn)場(chǎng)管理，及時(shí)調(diào)整支架高度，使液壓支架接頂嚴(yán)密，并且保證支架初撐力不小于24 MPa，同時(shí)隨著斷層的高低起伏變化，及時(shí)調(diào)整刮板輸送機(jī)的坡度，保證輸送機(jī)平直度達(dá)到要求。

3) 堅(jiān)持正規(guī)循環(huán)作業(yè)，保證勻速推進(jìn)，堅(jiān)持跟機(jī)帶壓擦頂移架支護(hù)，防止斷層影響區(qū)域應(yīng)力集中造成冒頂、片幫。

4) 加強(qiáng)頂板管理，每班安排專(zhuān)人重點(diǎn)對(duì)斷層影響范圍內(nèi)的超前架、端頭及工作面液壓支架支護(hù)質(zhì)量進(jìn)行巡查，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理，確保支護(hù)強(qiáng)度。若開(kāi)采過(guò)程中，出現(xiàn)了基本頂周期來(lái)壓的問(wèn)題，則必須加強(qiáng)工作面頂板支護(hù)管理，提高工作面工程質(zhì)量管理，確保液壓支架處于有效支護(hù)狀態(tài)。

3.3 設(shè)備防倒

加強(qiáng)支架檢修力度，確保支架支護(hù)性能完好，堅(jiān)決杜絕串、漏液、自落現(xiàn)象。支架與大溜之間的連接裝置必須完好,支架與支架之間要連接防倒鏈，移架后側(cè)護(hù)板應(yīng)及時(shí)打出，保證支架相互靠緊，嚴(yán)禁支架間出現(xiàn)大的間隙。如果支架有下滑趨勢(shì)時(shí)，必須采取有效措施及時(shí)處理。當(dāng)工作面支架出現(xiàn)傾斜現(xiàn)象時(shí)，通過(guò)支架側(cè)護(hù)板及底調(diào)油缸調(diào)整支架防倒。采用人工臥底時(shí)，都必須用單體柱或木料將支架撐牢，必須有專(zhuān)人負(fù)責(zé)安全，浮煤(矸)清完后盡快將支架拉出，移架困難時(shí)，可以用單體柱或木料輔助移架。

3.4 工程質(zhì)量

工程質(zhì)量管理不到位對(duì)生產(chǎn)影響主要有兩方面：一是工作面大溜平直度差，造成工作面局部應(yīng)力集中、頂板破碎，工作面局部采高不足情況下，強(qiáng)行破頂、出現(xiàn)大面積漏頂現(xiàn)象，人為增加頂板管理難度。二是膠帶跑偏、纏毛現(xiàn)象嚴(yán)重、膠帶灑煤情況嚴(yán)重，增加了非構(gòu)造因素的無(wú)效投工。因此，控制工程質(zhì)量對(duì)于工作面順利通過(guò)斷層具有重要意義，必須保證工作面“三直一平兩暢通”，保證液壓支架和超前棚單體柱初撐力達(dá)標(biāo)。

3.5 超前管理

1305工作面過(guò)斷層在超前管理上暴露出以下兩方面問(wèn)題：一是機(jī)頭巷道最低點(diǎn)挑頂區(qū)域管理及排水點(diǎn)管理不到位，產(chǎn)生影響為端頭架通過(guò)時(shí)出現(xiàn)“卡脖子”現(xiàn)象、機(jī)頭最低點(diǎn)不能按照計(jì)劃節(jié)點(diǎn)推出、機(jī)頭巷道處于應(yīng)力集中區(qū)多處頂板下沉、積水區(qū)域設(shè)備檢修難度增加(排頭1號(hào)連接塊斷裂后長(zhǎng)時(shí)間未能更換)、切眼構(gòu)造區(qū)域頂板長(zhǎng)時(shí)間空頂；二是機(jī)頭～60號(hào)留底煤情況下，在支架上坡前未能超前計(jì)劃在支架底靴墊料，產(chǎn)生影響為支架上坡時(shí)向機(jī)頭側(cè)傾倒，重心偏向老塘側(cè)，大溜翹起現(xiàn)象。正是由于超前謀劃、超前考慮不到位，提高了工作面過(guò)斷層的難度，延長(zhǎng)了順利通過(guò)構(gòu)造的時(shí)間，對(duì)礦井正常安全生產(chǎn)組織帶來(lái)諸多不利影響。

4 結(jié) 語(yǔ)

斷層是煤礦生產(chǎn)中最常見(jiàn)的一種地質(zhì)構(gòu)造，斷層影響范圍內(nèi)煤巖體破碎，對(duì)頂板管理帶來(lái)很大困難，給工作面正常推進(jìn)造成諸多困難。因此，筆者在結(jié)合其他綜采工作面過(guò)斷層技術(shù)的基礎(chǔ)上，以李村礦1305綜采工作面過(guò)斷層為工程背景，分析了該工作面過(guò)斷層期間技術(shù)、管理措施以及過(guò)程中暴露出的問(wèn)題，以期為其他礦井綜采工作面過(guò)斷層提供一定的借鑒作用。