綜采工作面過斷層采煤技術(shù)分析及應用

文/王滿旺

山西鉅盛能源集團公司針對5號煤層煤質(zhì)松軟易發(fā)生片幫的問題，通過理論分析和數(shù)值試驗，綜合分析綜采面煤壁片幫機理，并得出在相同的地質(zhì)條件下，俯采比仰采更安全，煤壁片幫程度小，煤壁穩(wěn)定性好，保證了安全開采。

一、工作面特征

山西鉅盛能源集團公司5號煤層為近水平煤層，頂板松軟破碎，直接頂為炭質(zhì)泥巖。工作面南北走向長，在巷道掘進過程中揭露斷層，對工作面正常回采帶來了較大影響。

煤層底板起伏較大，全褶曲區(qū)發(fā)育。因工作面回采煤層部分位于褶曲構(gòu)造中，回采過程中采用先仰采，隨后逐漸過渡到俯采。煤層在由背斜向水平過渡階段，煤層角度是變化的，為此，按煤層俯角的大小對本段煤層分為三段，第一段俯角平均為5°，水平距離約為 60m；第二段為 6°～8°，水平距離為 150m；第三段為10°，水平距離為57m。見圖1所示。

圖1煤層起伏角度分段

二、過斷層具體施工方法

1.最小采高確定

hmin=h1+h2+h3為工作面過斷層時的最小采高的計算公式：其中液壓支架頂梁厚度為h1、機身高度為h2、過煤空隙余量為h3；當支架一級、二級護幫板收回后頂梁厚度h1為650mm，滾筒直徑、機身高度最大者h2為2800mm，h3過煤空隙余量為400mm，另外考慮頂板下沉等不確定因素，將最小高度hmin定為4.0m。

2.過斷層施工方法

（1）對上、下盤煤層相交厚度為2.6m，煤層厚度為5.2m，最小采高為4.0m的煤層，且煤層偽頂和直接底均為強度較低的泥巖，偽頂為0.4m，直接底為0.8m，可采用“直接過”斷層采煤法，即從割上盤煤層的偽頂留底煤，進入下盤后割0.8m直接底留頂煤，當工作面進入下盤后，逐漸增加到正常采高。

具體方法是：在距斷層特定處前通過逐漸加大底煤的留量來降低采高，每刀煤采高保持在以100mm標準降低，工作面以8°仰采，工作面底部先揭露斷層，在距斷層1.0m處時采高降為4m，此時開始通過割偽頂使采高維持在4m，采煤機以保持0.8m的臥底量割下盤的底板，直到工作面順利通過斷層，見圖2所示。

圖2直接過斷層采煤法

（2）對傾角為 30°～40°的斷層，落差在 2.5m，斷層條件相似，同樣采取“硬過”斷層法，但不同的是從斷層下盤向斷層上盤推進，在下盤時需通過留頂煤來降低采高，同時需要割底板。

具體方法是：將采高在距斷層10m處降低為4m，此時對頂煤進行注漿加固，同時開始割底板，每刀煤采煤機以112mm增加臥底量，工作面以8°俯采，當采煤機推進5.6m后工作面頂部先揭露斷層，此時對斷層面進行注漿加固，保持采煤機臥底量不變，采高維持在4m，直到工作面完全進入斷層上盤，見圖3所示。

圖3

圖4斷層面注漿孔布置示意圖

3.斷層面附近的注漿加固措施

由于工作面構(gòu)造區(qū)域內(nèi)的煤、矸交界區(qū)域煤壁破碎、片幫大。若采用單體柱配合板梁在煤幫做臨時支護方式，則作業(yè)人員多、作業(yè)時間長、工作量大，易發(fā)生人身安全事故，并且片幫過大極易引發(fā)大面積冒頂事故，因此在斷層附近對煤體進行注漿加固是必要的。

（1）斷層面注漿。由于斷層走向有一定坡度，工作面上端頭首遇斷層，因此，在距回風順槽揭露斷層1m前處，即對工作面煤壁進行注漿加固，直到工作面順利通過斷層。依據(jù)注漿加固的經(jīng)驗，設置單排注漿孔，注漿高度在采高的2/3處，孔深5m，每推進4m注漿一次，也可根據(jù)回采工作面的現(xiàn)場情況采用局部打孔注漿法，見圖4所示。

（2）留頂煤注漿。當工作面通過斷層下盤區(qū)和工作面在下盤區(qū)降低采高時都需對頂煤進行注漿加固，注漿方案與煤壁注漿方案相似，采用單排注漿孔和局部打孔注漿。

4.過斷層期間回采工藝控制

結(jié)合工作面正?；夭善陂g礦壓顯現(xiàn)的規(guī)律和5號煤層頂板極易冒落、松散垮落的特點，采取以下措施保證工作面過斷層期間的支護安全：

（1）及時有效支護。支架頂梁接頂要嚴實，支架初撐力要達到標準要求。采煤過斷層時，按照“壓頂移架，超前移架”的規(guī)定，做到及時支護。

（2）回風順槽預先加強支護，將超前支護范圍從40m調(diào)整到60m。

（3）采煤工序嚴密配合。過斷層期間采煤機割煤時，支架工要與采煤機司機密切配合，超前將前滾筒2架移架收回護幫板，滯后前滾筒2～3架移架并打出一級護幫板，滯后采煤機后滾筒2～3架打出二級護幫板，以防冒頂或片幫。

（4）采煤機司機要根據(jù)順槽的坡度逐步調(diào)整采煤機的臥底量。工作面不得出現(xiàn)臺階，以免影響設備推移。

三、綜采工作面俯采技術(shù)方案

當俯采角度小于6°時，工作面正?；夭刹粫艿接绊?，因此工作面在背斜下坡段回采時，一般不會出現(xiàn)問題；而當俯采角度為10°時，角度較大，回采過程中預計出現(xiàn)的問題為：支架穩(wěn)定性差；推移刮板運輸機困難，易側(cè)翻；采煤機裝煤效果差；采煤機易向煤壁前傾，滑靴容易壞；矸石易從架間、上下隅角竄出工作面；工作面涌水量大，易造成底板泥巖軟化、支架鉆底。

1．支架穩(wěn)架技術(shù)措施

頂板移動對支架產(chǎn)生的垂直作用力可增加支架的摩擦阻力，有利于支架的穩(wěn)定。而頂板移動對支架產(chǎn)生的側(cè)向力，可導致支架傾倒。

結(jié)合5號煤層的實際，在工作面俯采時，其影響支架穩(wěn)定性的因素有：支架穩(wěn)定性越好，頂、底板與支架摩擦阻力越大；支架初撐力越大，穩(wěn)定性越好；回采進度越快，支架受頂板側(cè)向壓力越小，支架穩(wěn)定性越好。提高支架穩(wěn)定性的具體措施：

（1）提高支護阻力。通過多種措施增加泵站的動力，確保較大的初撐力。正?；夭蓵r支架的支撐力按規(guī)程要求為24MP時，支架穩(wěn)定性比較好。

（2）提高采煤機截割質(zhì)量，確保頂、底板平整，移架前要清理干凈架前浮煤，確保支架底座與底板嚴密接觸，頂板破碎時要做好超前支護，確保頂、底板與支架之間的摩擦系數(shù)。

（3）控制采高，適當提高推進速度?？刂撇筛呓档椭Ъ苤匦?，有效保持支架的穩(wěn)定性；適度提高推進速度，及時支護，既有效控制冒頂和控頂距的增加，又可減輕支架的壓力。

（4）在卸載降架、移架的時候，抗滑力僅依靠底板摩擦力，因此移架時要采用“帶壓移架”的方式，做到“少降快拉”，確保穩(wěn)定。

2.回采中防止刮板輸送機及煤機前傾的措施

（1）通過在端頭連接處增加一個限位塊，改變輸送機溜子的受力方向，使溜子受力點下移。

（2）用單體液壓支柱壓住推拉頭進行推移輸送機，單體支柱一端打在十字頭上，另一端打在支架頂梁上，形成一定的角度。

在回采中對于采煤機向煤壁前傾問題，可提高導向滑靴和平板滑靴，這樣可減小采煤機傾斜角度，同時使采煤機重心向采空區(qū)偏移，有效防止采煤機傾倒及減少采煤機行走齒和滑靴的磨損，確保俯采階段工作面正規(guī)循環(huán)作業(yè)。

此外，在工作面俯采時，因采煤機自身裝煤效果較差導致刮板運輸機前面的浮煤很多，造成推移步距達不到要求，特別是支架角度與溜子角度不一致時，會造成推溜時刮板運輸機擋煤板側(cè)翹起。

為了保證刮板運輸機推移到位，首先要嚴格控制工作面層位，使支架底座及推移千斤頂、刮板運輸機和煤層回采角度一致，這樣前三者在一個傾斜平面上才能保證刮板運輸機推移到位。因此，管理人員每個循環(huán)都必須測量支架、刮板運輸機、煤層的角度。當層位失控出現(xiàn)下剎角度過大時，應用千斤頂把刮板運輸機鏟煤板側(cè)掛在前梁處起吊，以減小角度。當角度較小時，要將刮板運輸機拉回采煤機，重新下扎掃底，保證正常運行。

3.防竄矸技術(shù)措施

（1）封閉墻防竄矸石技術(shù)措施。將封閉墻底板臥成平臺并打設木垛，確保木垛向采空區(qū)方向有傾角，木垛采用耙釘進行整體加固，用鋼絲繩將其固定在巷幫錨桿上，并采用裝矸石的編織袋對木垛空隙處進行封嚴，防止向采空區(qū)竄風。同時，該技術(shù)方案要充分考慮木垛對頂板有一定的支撐作用，避免在工作面來壓期間頂板垮落，采空區(qū)氣浪瞬間涌出造成瓦斯超限。

（2）工作面防竄矸技術(shù)措施。一是為了防止間隙過大導致采空區(qū)竄矸。移架時，要及時使用側(cè)護板調(diào)架，縮小各架間隙。二是“帶壓擦頂”移架時，要控制好降柱幅度，防止破碎偽頂矸石滑落到工作面內(nèi)造成事故。

（3）兩巷防竄矸(煤)技術(shù)措施。在距離運輸機機尾的固定處設置擋矸網(wǎng)，將錨網(wǎng)用鐵絲固定在軌道順槽超前支護的單體支架上，兩支架之間用半圓木做撐子，掛好網(wǎng)后，防止采煤機在機尾10m范圍內(nèi)割煤時工作面煤矸沿順槽竄矸傷人。尤其是突然停機時，大塊矸石(煤塊)易在慣性作用下竄出傷人，因此，在行人側(cè)安設防護裝置，確保安全生產(chǎn)。