段賢斌

（西山煤電集團(tuán)公司西銘礦，山西太原030052）

綜采工作面過(guò)斷層的技術(shù)探討

段賢斌

（西山煤電集團(tuán)公司西銘礦，山西太原030052）

綜采工作面過(guò)斷層期間延緩了采掘接替，降低了煤炭資源的回收率，干擾了采煤工作面的布置。由于斷層區(qū)域頂板破碎，工作面過(guò)斷層期間極易片幫，易發(fā)生冒頂事故，影響工作面安全生產(chǎn)，增加了開(kāi)采成本。本文從降低開(kāi)采損失，減少工作面搬家次數(shù)以及降低開(kāi)采成本入手探討了綜采工作面過(guò)斷層技術(shù)。

綜采工作面；斷層；技術(shù)探討；措施分析

受地質(zhì)條件影響煤層開(kāi)采常遇到斷層構(gòu)造的阻礙，斷層構(gòu)造以組合破碎帶形式出現(xiàn)，斷層區(qū)域的頂板破碎較為嚴(yán)重，破壞了煤巖的完整性。由于斷層區(qū)域頂板破碎度大，煤巖破壞嚴(yán)重，造成回采環(huán)節(jié)復(fù)雜多變，采煤工作面的布置常常需要更改。斷層帶區(qū)域內(nèi)頂板破碎程度增加，導(dǎo)致頂?shù)装宀黄秸?，支架支護(hù)阻力下降。嚴(yán)重時(shí)頂板會(huì)出現(xiàn)回轉(zhuǎn)來(lái)壓現(xiàn)象，導(dǎo)致支架被壓死；采煤機(jī)割巖量增加，導(dǎo)致煤質(zhì)降低。工程技術(shù)人員常常需要根據(jù)斷層落差、煤層厚度、綜采設(shè)備最小工作高度、斷層巖石硬度、綜采工作面推進(jìn)方向及煤層傾角等要素，制定出適合本礦地質(zhì)條件與開(kāi)采進(jìn)度的綜采工作面過(guò)斷層技術(shù)方案。若是綜采工作面遭遇小落差斷層，優(yōu)先采用平推硬過(guò)措施，若是斷層與綜采工作面走向夾角偏大且斷層落差大，優(yōu)先選擇跳采做新切眼或在斷層帶掘巷道這類(lèi)不直接接觸斷層的方式。

1 斷層區(qū)域煤巖完整性分析

斷層構(gòu)造多是在地質(zhì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中伴隨著地層深部應(yīng)力釋放，通過(guò)地層直接的擠壓、斷裂、錯(cuò)動(dòng)形成的。斷層形成后會(huì)生成大量構(gòu)造裂隙，形成的斷層區(qū)域伴生有大量破碎帶，見(jiàn)圖1。煤層的頂板以巖石構(gòu)造為主，從巖石力學(xué)強(qiáng)度來(lái)看，煤層的抗剪強(qiáng)度較弱于巖石層構(gòu)造的強(qiáng)度，煤層受到開(kāi)采擾動(dòng)后的破碎程度大于巖石的破碎程度。所以在綜采工作面過(guò)斷層時(shí)保留完整的煤層頂板要難于保留巖層頂板。

以正斷層為例分析，見(jiàn)圖2。若工作面推進(jìn)方向?yàn)橄卤P(pán)向上盤(pán)，當(dāng)綜采工作面通過(guò)斷層弱變區(qū)A時(shí)，煤層嚴(yán)重破壞，煤層斷面處的下滑力為F=Wsinα。此時(shí)煤層受力強(qiáng)度大于自身抵抗極限，將導(dǎo)致煤壁片幫以及頂板的大面積冒頂，影響綜采工作面的安全生產(chǎn)，降低煤炭的回采率與經(jīng)濟(jì)效益。若工作面推進(jìn)方向?yàn)樯媳P(pán)向下盤(pán)，此時(shí)若綜采工作面通過(guò)斷層，則需上盤(pán)部位割底板三角狀巖石，下盤(pán)部位留頂板三角塊形頂煤，頂板三角塊形頂煤包含在斷層破壞嚴(yán)重的弱變區(qū)B內(nèi)，此時(shí)頂部三角狀煤層由于已經(jīng)受到一定的采煤擾動(dòng)，強(qiáng)度極弱易發(fā)生端面冒頂事故。

圖1 斷層帶破碎區(qū)域示意圖

2 工作面平推硬過(guò)小斷層

能否安全高效地通過(guò)斷層，決定因素首先在于斷層上下盤(pán)頂?shù)装逯g的煤層高度，其影響因素較大，斷層容易通過(guò)的區(qū)域往往是煤層較高的地方；影響斷層安全高效通過(guò)的另一個(gè)主要因素是允許最小煤層厚度，若允許最小煤層厚度較小，則過(guò)斷層較容易。

2.1 液壓支架最低支撐高度

當(dāng)綜采工作面遭遇到小落差斷層時(shí)，遭遇斷層處若綜采液壓支架的最低支撐高度值小于斷層面兩側(cè)所采煤層厚度，綜采工作面液壓支架可以順利通過(guò)，此時(shí)液壓支架最低支撐高度H滿足下列要求:

式中：

H—保證支架最低支撐高度條件下的備用伸縮值，m；

h1—液壓支架最低支撐高度，m；h2—支撐頂板最大下沉值，m。

2.2 斷層帶破碎區(qū)防冒頂片幫參數(shù)選擇

若綜采工作面上盤(pán)向下盤(pán)快速平推硬過(guò)正斷層，為了避免工作面液壓支架到煤壁控頂區(qū)的煤壁片幫與片幫引起的冒頂事故，需要在斷層帶破碎區(qū)域采取一定的技術(shù)措施。當(dāng)斷層上盤(pán)工作面推進(jìn)至斷層面破碎帶附近區(qū)域時(shí)，采取上盤(pán)部位割底板三角狀巖石，下盤(pán)部位則需要留頂板三角形頂煤，見(jiàn)圖3。綜采工作面推進(jìn)到斷層面下盤(pán)區(qū)域時(shí)，采到頂板遇到巖層頂板為止進(jìn)行俯采，調(diào)整推進(jìn)面的水平角度，直至工作面沿煤層底。實(shí)踐證明，這種方法可以有效地降低斷層帶破碎區(qū)域引起的片幫與冒頂事故。

圖3 上盤(pán)向下盤(pán)強(qiáng)推正斷層參數(shù)選擇示意圖

圖3中：

式中：γ—仰采角度值，（°）；

h—斷層落差，m；

α—斷面傾角，（°）；

L1—斷層面距離頂板的長(zhǎng)度，m；

L2—斷層面距離底板的長(zhǎng)度，m。

圖2 上盤(pán)向下盤(pán)強(qiáng)推正斷層示意圖

3 工作面平推硬過(guò)落差較大斷層

當(dāng)綜采工作面遭遇到大斷層，尤其是斷層面兩側(cè)端盤(pán)的落差大于開(kāi)采煤層的厚度時(shí)，采用既切割斷層上盤(pán)頂板又切割斷層下盤(pán)底板巖石，上盤(pán)底板和下盤(pán)頂板都留煤過(guò)渡的方法通過(guò)斷層。為了使過(guò)斷層期間截割巖石量最小，必須確保破上盤(pán)頂板巖石和留下盤(pán)頂板煤距離小于斷層落差［1］。密切留意斷層的移動(dòng)方向，根據(jù)具體的變化調(diào)整所破巖石位置，工作面平推硬過(guò)落差較大斷層示意圖見(jiàn)圖4。

圖4 工作面平推硬過(guò)落差較大斷層示意圖

4 過(guò)斷層的防片幫冒頂措施

4.1 掘進(jìn)輔助探巷

若地質(zhì)狀況調(diào)查不清楚，在工作面推進(jìn)過(guò)斷層時(shí)通常會(huì)由于頂板的不完整性導(dǎo)致支架與頂板接觸不密實(shí)，支架頂梁和梁端上方頂板會(huì)因?yàn)殡x層破壞支護(hù)不及時(shí)，造成嚴(yán)重的端面片幫事故的發(fā)生。片幫后直接導(dǎo)致了支架與煤壁的端面距增大，破碎的頂板順著梁端滑落造成端面冒頂。提前掘進(jìn)輔助探巷有助于盡早了解斷層的傾向、傾角等，探明工作面支架與斷層上盤(pán)頂板的高差有助于采高的控制，根據(jù)實(shí)際揭露的斷層地質(zhì)狀況制定相應(yīng)的過(guò)斷層技術(shù)方案。掘進(jìn)輔助探巷還能在其內(nèi)超前對(duì)斷層煤幫、上盤(pán)及頂板進(jìn)行支護(hù)。保證了過(guò)巷期間的安全性，減少了過(guò)巷期間因采動(dòng)影響而引起的片幫冒頂事故。探巷掘進(jìn)的起點(diǎn)位置大約在進(jìn)風(fēng)巷工作面煤壁斷層處下盤(pán)，緊貼著斷層邊緣盡量與頂板處于平行狀態(tài)，長(zhǎng)度保持在大約100多m［2］。探巷內(nèi)緊貼頂板設(shè)置捆綁懸吊在頂板上的傾斜木垛，頂板與木垛形成一個(gè)整體。為工作面推進(jìn)到斷層時(shí)支架上仰接頂創(chuàng)造條件，掘進(jìn)輔助探巷示意圖見(jiàn)圖5。

圖5 掘進(jìn)輔助探巷示意圖

4.2 樹(shù)脂木錨桿防片幫技術(shù)

煤壁片幫事故易加大支架端面距離，造成控頂距內(nèi)冒頂，妨礙工作面安全快速過(guò)斷層。首先用煤電鉆垂直于斷層帶區(qū)域附近的煤壁打鉆，工作面煤壁上打眼布置方式優(yōu)先選擇三角和雙排眼。錨桿鉆眼的間距為0.6~1.2 m，鉆眼深度大約在2 m［3］。錨桿規(guī)格為1 800 mm×30 mm×30 mm，選用的木楔子規(guī)格為330 mm×120 mm，選用聚氨酯藥卷作為錨桿黏著劑，將藥卷提前弄破置于鉆眼之內(nèi)，煤電鉆旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)木錨桿均勻攪拌借助楔子封住鉆眼孔。聚氨酯藥包被木錨桿攪拌，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成泡沫滲入煤壁裂隙，將煤壁與木錨桿黏結(jié)在一起，防止煤壁進(jìn)一步發(fā)生片幫事故。生產(chǎn)實(shí)踐證明，在斷層處運(yùn)用樹(shù)脂木錨桿是一種低成本高效能的防片幫技術(shù)，值得在類(lèi)似地質(zhì)構(gòu)造的區(qū)域推廣使用。運(yùn)用樹(shù)脂木錨桿防片幫技術(shù)，有效控制了煤幫，杜絕了以往工作面過(guò)斷層期間發(fā)生漏頂、冒頂、片幫的事故，既保證了安全生產(chǎn)，又加快了推采進(jìn)度，降低了材料消耗，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

5 掘新切眼工作面搬家

該方案是在斷層外預(yù)掘新切眼，不直接接觸斷層區(qū)域，減少了冒頂與煤壁片幫事故的發(fā)生，但是進(jìn)行跳面搬家施工工期較長(zhǎng)，且在施工過(guò)程當(dāng)中要預(yù)留一定的煤柱護(hù)巷，易造成煤炭資源浪費(fèi)，三機(jī)設(shè)備安裝成本大，浪費(fèi)人力物力，掘新切眼工作面搬家示意圖見(jiàn)圖6。

圖6 掘新切眼工作面搬家示意圖

6 總結(jié)

依據(jù)煤厚、斷層落差大小、煤層傾角、斷層處的巖層硬度、綜采支架最小支撐高度、工作面推進(jìn)方向等因素，通過(guò)對(duì)以上幾種常用的綜采工作面過(guò)斷層方法的分析，論述了幾類(lèi)過(guò)斷層技術(shù)的特點(diǎn)及其適用條件。生產(chǎn)實(shí)踐證明，對(duì)不同的斷層構(gòu)造只要采取有針對(duì)性的工作面過(guò)斷層措施，就能防止煤壁片幫與頂板冒頂事故，減少工作面搬家次數(shù)，降低開(kāi)采損失，減小開(kāi)采成本。

［1］梅文澤.綜采工作面復(fù)合破碎頂板管理技術(shù)研究與應(yīng)用［J］.煤礦現(xiàn)代化，2008（3）：42-43.

［2］高山，李生，戴紅軍.N2705綜采工作面斷層影響和解決辦法［J］.煤炭技術(shù)，2008，27（10）：48-49.

［3］郭守泉，彭永偉．綜采工作面過(guò)斷層技術(shù)綜述［J］．煤礦開(kāi)采，2008（4）:30-31.

Discussion on Technology of Full Mechanized Mining Face Passing through Fault

Duan Xian-bin

During mechanized mining face passing through fault，delays the excavation succeed，reduces the recovery of coal resources，disturbs the arrangement of coalface.Due to fault zone roof broken，working face is easily spalling during passing through fault，the accident of roof caving is easily happened，affects the working face safe production，increases mining cost.Discusses the working face passing through fault technology from reducing mining loss，reducing the number of face moving and mining cost.

Fully mechanized working face；Fault；Technology discussion；Measures analysis

TD823.8

B

1672-0652（2014）12-0036-03

2014-10-26

段賢斌（1977—），男，山西運(yùn)城人，2005年畢業(yè)于太原理工大學(xué)，工程師，主要從事煤礦安全管理工作（E-mail）1048106859@qq.com