綜采工作面快速過斷層技術(shù)探討

張軍安

（汾西礦業(yè)集團(tuán)水峪煤業(yè)，山西 孝義 032300）

引言

斷層是綜采工作面回采過程中經(jīng)常面臨的問題，為減小斷層給回采造成的不利影響，一方面要保證安全過斷層，另一方面則要盡可能提高過斷層速度。這就要求在實(shí)際施工中根據(jù)工作面及其斷層具體情況，制定合理有效的施工技術(shù)。

1 工作面基本情況

某煤礦工作面為單一走向，長(zhǎng)度為1 656 m，所處煤層的平均厚度為1.72 m，屬于非突出煤層范疇，平均傾角為12°。該工作面在回采過程中需要從傾向正斷層中通過，該斷層的落差在3.7 m～6.0 m 范圍內(nèi)，影響范圍相對(duì)較大，基本從整個(gè)工作面上橫向穿過。該煤層的下方還有一個(gè)煤層，其平均法向距離為41 m，平均厚度為2.6 m。

斷層西側(cè)80 m 范圍內(nèi)的頂板以細(xì)砂巖為主，呈淺灰色，塊狀構(gòu)造，有水平層理分布，厚度在4.1 m～6.0 m 范圍內(nèi)。斷層?xùn)|側(cè)頂板以泥巖為主，塊狀構(gòu)造，厚度在0.7 m～4.8 m 范圍內(nèi)。斷層附近底板呈深灰色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，厚度在2.0 m～9.7 m 范圍內(nèi)，平均厚度為5.4 m。

巖層巖性為：細(xì)砂巖，累計(jì)厚度3.5 m，真實(shí)厚度3.5 m，呈淺灰色，以石英與長(zhǎng)石為主要成分，此外還含有暗色礦物質(zhì)；泥巖，累計(jì)厚度13.4 m，真實(shí)厚度9.9 m，呈深灰色，致密塊狀，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，有隱水平層理發(fā)育，含粉砂質(zhì)；煤線，累計(jì)厚度13.6 m，真實(shí)厚度0.2 m；泥巖細(xì)砂巖，累計(jì)厚度19.2 m，真實(shí)厚度5.6 m，呈深灰色，致密塊狀，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，斷口相對(duì)平整，以石英與長(zhǎng)石為主要成分，此外還含有暗色礦物質(zhì)；煤線，累計(jì)厚度19.4 m，真實(shí)厚度0.2 m；泥巖，累計(jì)厚度24.7 m，真實(shí)厚度5.3 m，呈深灰色，致密塊狀，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，有隱水平層理發(fā)育，且含有植物化石碎片；煤線，累計(jì)厚度24.9 m，真實(shí)厚度0.2 m；泥巖，累計(jì)厚度29.8 m，真實(shí)厚度4.9 m，呈灰色至深灰色，含大量粉砂，且下部含有菱鐵質(zhì)鮞粒，密集狀；煤層，累計(jì)厚度30.6 m，真實(shí)厚度0.8 m，呈黑色，有輕微的玻璃光澤，粉末狀；細(xì)砂巖，累計(jì)厚度36.8 m，真實(shí)厚度6.2 m，呈淺灰色，中、細(xì)粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造；煤層，累計(jì)厚度38.5 m，真實(shí)厚度1.72 m，呈黑色，有玻璃光澤，塊狀，內(nèi)部裂隙發(fā)育；泥巖，累計(jì)厚度43.9 m，真實(shí)厚度5.4 m，呈深灰色，致密塊狀，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，下部發(fā)育緩波狀水平方向?qū)永?；?xì)砂巖，累計(jì)厚度56.4 m，真實(shí)厚度12.5 m，呈灰色至灰白色，以石英和長(zhǎng)石為主要成分，且含有暗色礦物質(zhì)。

2 施工方案

根據(jù)工作面及斷層具體情況，初步制定以下兩套施工方案：

方案一：在斷層以外30 m 處進(jìn)行跳壓切眼施工，在工作面的施工到達(dá)與斷面相距20 m 的位置后收作，將工作面的所有設(shè)備均倒轉(zhuǎn)到跳壓切眼，預(yù)留50 m 的斷層煤柱，將整個(gè)斷層跳過。

方案二：該斷層從機(jī)頭開始揭露逐步攆向風(fēng)巷直至風(fēng)巷結(jié)束，從機(jī)巷提前斷層面10 m 進(jìn)行挑頂與飄車，在工作面開始揭露下部煤層后沿煤層進(jìn)行跟頂施工，斷面實(shí)際影響范圍的走向長(zhǎng)度在50 m 左右[1]。

通過對(duì)以上兩套方案的綜合對(duì)比可知：在跳采過程中，需在工作面分別進(jìn)行一次設(shè)備安裝和拆除，總工期在35 d 左右，在跳壓期間基本沒有產(chǎn)量，且安全生產(chǎn)管理難度相對(duì)較大；跳采煤柱的總面積在9 539 m2左右，平均厚度為1.72 m，使煤層少回收近2.3 萬t，此外還會(huì)使下層煤跳采過程中瓦斯治理現(xiàn)場(chǎng)工程量大幅增加；采用直推斷層的方法能從根本上解決上述問題，但存在從斷層中經(jīng)過時(shí)設(shè)備可能產(chǎn)生磨損和需要在工作面進(jìn)行放炮，對(duì)放炮管理有較高要求的缺點(diǎn)。

經(jīng)綜合考慮，最終選擇方案二進(jìn)行施工。

3 施工技術(shù)

3.1 施工方法

1）將機(jī)巷回采到與斷層表面相距10 m 的位置后，跟隨機(jī)巷實(shí)施挑頂與飄車，從機(jī)頭首架開始不斷向上將輸送機(jī)和支架均襯成合適的角度。斷層從機(jī)巷開始不斷向風(fēng)巷中延伸，落差不斷增加。將風(fēng)巷推到與斷層表面相距20 m 的位置后，進(jìn)行挑頂與飄車。在推進(jìn)完成1 刀后，對(duì)挑頂飄車按照150 mm～250 mm 的范圍控制，仰采角度則控制在12°～15°范圍內(nèi)，保證工作面順利從整個(gè)斷層中通過。

2）工作面不斷向前推進(jìn)時(shí)，如果揭露出來的斷層巖石質(zhì)地相對(duì)較軟，則可借助采煤機(jī)進(jìn)行直接截割。其具體工藝流程為：采用采煤機(jī)進(jìn)行破巖和出貨—推移溜槽—移動(dòng)支架。而如果揭露出來的斷層巖石質(zhì)地相對(duì)較硬，則可先通過放炮使其震動(dòng)和預(yù)碎，然后再采用采煤機(jī)進(jìn)行截底與出貨，此時(shí)采煤機(jī)的操作人員應(yīng)注意將底板襯平，若底板未能達(dá)到平整，應(yīng)使采煤機(jī)返回至初始位置重新進(jìn)行截底。其具體工藝流程為：打眼放炮—采用采煤機(jī)進(jìn)行截底與出貨—推移溜槽—移動(dòng)支架—經(jīng)檢查無誤后開始下一道工序[2]。

3.2 放炮管理

1）當(dāng)巖層的層厚小于1.2 m 時(shí)，按照單排進(jìn)行炮眼布置，相鄰炮眼之間的距離控制在0.6 m～0.8 m 范圍內(nèi)；當(dāng)巖層的層厚超過1.2 m 時(shí)，需按照三花眼或者是五花眼進(jìn)行炮眼布置。如果頂板狀況良好，則炮眼的深度可以達(dá)到1.6 m～1.8 m 范圍內(nèi)，每次進(jìn)刀3次，而如果頂板狀況較差，則炮眼的深度應(yīng)嚴(yán)格按照1.0 m 進(jìn)行控制，且每次只能進(jìn)刀1 次。對(duì)頂、底眼角度應(yīng)在充分考慮現(xiàn)場(chǎng)挑頂飄車狀況的基礎(chǔ)上加以合理控制。

2）在放炮開始前，應(yīng)先在支架的頂梁表面懸掛兩層廢舊的輸送帶，同時(shí)將工字鋼放在支架的頂梁和電纜槽之間，將其作為可靠的支撐結(jié)構(gòu)，避免爆破過程中矸石將支架立柱或其它液壓元件崩壞。其中，每根輸送帶的長(zhǎng)度為3.0 m，掛設(shè)前在周邊進(jìn)行打孔，以便于現(xiàn)場(chǎng)固定，防止脫落。

3）考慮到工作面放炮過程中雷管有很長(zhǎng)的連線距離，使電阻值較大，故每次放炮的數(shù)量不能超出20 發(fā)，并且要有150 m 以上的警戒距離。

3.3 安全保證措施

1）在截煤的過程中，采煤機(jī)操作人員應(yīng)借助遙控機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程操作與控制，采用單向截割方式，按照從上到下的順序移動(dòng)支架，以此避免片幫或滾矸發(fā)生，造成傷人事故。

2）因從斷層中通過的過程中屬于大角度仰采，所以要在行人道與溜槽道之間增設(shè)擋矸網(wǎng)，以免機(jī)道范圍內(nèi)的矸石滾出造成傷人事故[3]。

3）施工中重視并做好設(shè)備檢修，保證工程質(zhì)量。當(dāng)發(fā)現(xiàn)設(shè)備損壞時(shí)，應(yīng)立即檢修，更換已經(jīng)損壞的備件，確保設(shè)備始終處在正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。在巖石段施工中，需將采高控制在1.8 m 以內(nèi)，以此在減少截矸量的同時(shí)保證煤質(zhì)。在工作面施工質(zhì)量管理過程中切實(shí)加強(qiáng)三直兩平檢查與保證[4]。

4）當(dāng)煤壁發(fā)生片幫或頂板狀況較差時(shí)，應(yīng)立即使用半圓木或者是工字鋼與液壓?jiǎn)误w良好配合，對(duì)頂板進(jìn)行有效的超前加固，以此避免冒頂發(fā)生[5]。

4 施工效果

1）通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)勞動(dòng)組合的優(yōu)化，只使用了20 d的時(shí)間就從斷層中通過，達(dá)到了良好的安全與效益。

2）在安全方面，工作面直接從斷層中推過，避免了大量安全與拆卸，規(guī)避了在安裝與拆卸過程中可能產(chǎn)生的安全隱患。

3）在經(jīng)濟(jì)方面，采用直接從斷層上推過的方法能多回收2.3 萬t 左右的煤炭；采用直接從斷層上推過的方法無需搭設(shè)大棚，減少相關(guān)材料消耗；采用跳壓的方法施工時(shí)，工期在35 d 左右，而采用直接從斷層上推過的方法后能減少近50%的人工費(fèi)。

5 結(jié)語

目前該工作面已經(jīng)順利從斷層上通過，不僅過程安全，而且推進(jìn)快速，能從根本上解決由于跳采導(dǎo)致的停采與資源丟失，以及下覆煤層沒有實(shí)施保護(hù)層開采造成的瓦斯治理等問題，能為下覆煤層的順利開采奠定良好基礎(chǔ)。但需要注意，在工作面布置過程中沒有考慮到該斷層可能造成的影響，導(dǎo)致機(jī)風(fēng)巷標(biāo)高產(chǎn)生變化，使兩巷的落差增大，增加了工作面的長(zhǎng)度，在機(jī)尾出現(xiàn)長(zhǎng)度為2.0 m 左右的人工棚，影響到實(shí)際的生產(chǎn)安全，對(duì)此還需在日后工作中加以改進(jìn)。但總的來說以上過斷層方案合理可行，值得類似綜采工作面參考借鑒。