綜放工作面過組合斷層實踐與探討

金 強

（太原東山煤礦有限責任公司，山西 太原 030043）

太原東山煤礦71503工作面過建礦以來落差最大的H=3.5m、H=3.8 m、H=11 m組合斷層成為東山煤礦面臨的重大技術難題，根據國內外過大斷層方案的研究，結合工作面的地質條件、采動條件和設備情況，參照東山煤礦過斷層的成功經驗，通過超前合理的決策，確定采用仰俯斜結合爆破技術和煤壁注膠通過組合斷層的方法，配套一系列合理科學的組織、技術、經濟政策措施，保證了硬過斷層地質構造的成功實施。

斷層是采煤工作面常見的地質構造，斷層的分布及參數對工作面布置和生產有很大的影響,特別是大于采放高度的組合大斷層落差大、構造帶長、頂板破碎、巖石硬度大，對保持生產的連續性帶來極大困難。

71503綜放工作面運輸順槽360 m、材料順槽296 m處揭露產狀為 H=3.0 m∠65°、H=3.8 m∠80°和 H=11 m∠65°地塹和地壘組合正斷層，斜交工作面影響區域達46 m，工作面推進15 m后23架和88架處又揭露產狀為H=4.0 m∠55°和H=2 m∠70°地塹正斷層，工作面揭露影響最大范圍達90 m，過斷層構造帶過程中全斷面巖石逐漸暴露，片幫、冒頂嚴重，給生產造成一定困難，給硬過斷層帶提出了技術難題。

（1）由于工作面煤層平均厚度為6.5 m，選用了ZF4400/17/28型4柱支撐掩護式綜放支架。大采高支架的缺點是穩定性差,其適應坡度一般在15°以下。工作面受正斷層的影響,斷層帶及工作面傾向坡度增大至20°～31°以上。在如此復雜的條件下防止擠架、咬架、倒架，保證支架的最佳支護狀態是成功硬過斷層的重要基礎。

（2）通過組合斷層帶時片幫對頂板控制的影響最嚴重。正斷層構造帶長90 m，而且頂板破碎，一旦發生大面積片幫，很容易引發冒頂事故。因此，對破碎頂板、煤幫的控制是成功過斷層的關鍵。

圖1 71503工作面復雜構造段平剖綜合示意圖

（3）當構造帶巖石較硬需放震動炮松動時，如何縮短因鉆眼、放炮影響割煤時間、有效工時利用、保證各工種平行作業是過斷層構造工作的重要條件。

1 過構造主要措施

1.1 組織措施

（1）礦成立以總工程師為組長，生產礦長、安全礦長為副組長，各相關業務科室正職為成員的過構造專項領導組及技術攻關組，分3班跟班與工人同上同下，根據現場情況與隊組跟班隊共同協商解決現場異常情況。

（2）抽調開掘隊專業人員協助鉆眼和材料順槽維護。

（3）生產、地質、通風、調度、機電、安全、運輸、供應等部門通力協作、積極配合、提供服務。

1.2 技術措施

1.2.1 打眼放炮

構造段巖石松軟時，可用采煤機直接截割；當巖石較硬時，采用放震動炮方法，多打眼少裝藥，用廢舊皮帶保護好支架立柱及電纜、管線等設備設施。

1.2.2 嚴格執行“三調整、三控制”的方案

（1）嚴格掌握煤巖變化情況，及時調整過斷層構造方案。①由地測科負責，每天分3班到現場跟班實測，根據斷層構造區段煤巖變化，及時提供工作面剖面圖。②當地形復雜情況不明時，采用鉆眼探測，從平、仰、俯3個方向進行打眼，保證工作面剖面圖的真實性和可參考性。③專項領導組及技術攻關組根據工作面實剖圖，共同討論，制定工作面臥底或挑頂方案。

（2）適當調整工作面的起伏狀態。根據地質部門提供的工作面剖面圖，合理調整工作面輸送機中間部分的起伏狀態，保證支架和工作面輸送機能正常運行，可適當割底或掩煤，但原則上要盡量減少煤炭丟失。

圖2 地測科鉆探示意圖

（3）調整工作面仰、俯斜推進方向。調整工作面前輸送機上行或下行的狀態，利用支架的調架千斤托架調整支架的前行狀態，同時觀測采煤機的運行狀態，及時整支前運輸機，傾斜控制在10°～20°之間，不出現嚴重向煤幫或落山傾斜，減少打眼、放炮影響割煤時間，有效工時利用。

圖3 71503工作面俯斜圖

（4）嚴格控制工作溜機頭、機尾的竄動。過斷層構造段機頭、機尾并且向里延伸10 m按照原順槽的起伏狀態跟底推進，確保工作溜子在這一區段大體不變坡，其他區段可根據地形起伏適當變坡，同時嚴格按照《71503工作面作業規程》要求隨時調整支架和溜子，保證其在正常的支護和搭接范圍內。

圖4 工作面剖面圖

（5）控制工作面的端面距及煤幫狀態。在構造區內頂板穩定性較差，為避免塌頂，應嚴格控制工作面的端面距，及時拉架伸出前探梁，以減少冒頂事故的發生。

接近組合斷層交接帶，煤層煤性特別疏軟，導致部分支架出現空架，使用錨鏈將3.2 m長的π型梁捆綁在支架頂梁下進行架前棚頂，移架時采取少降快拉帶壓擦頂移架，盡可能減少支架反復升降次數。同時特聘河北同城礦業科技有限公司工程技術人員對煤壁加注波雷因加固煤體，注漿孔采用三花眼方式布置，共注2排孔，上排孔距頂板0.3 m，孔仰角25°～30°；下排孔距頂板 0.8 m，孔仰角 10°～15°，孔深 4 m，孔距 1.5 m，排距 0.5 m。施工時通過調整漿液的膠凝速度、滲透性和注漿終壓，保證實際有效擴散半徑不小于1.5 m。單孔注漿量8～12桶。注漿效果：煤壁不片幫或減少片幫，頂板在空頂距不超過1 m的情況下不漏頂，同時結合仰俯斜開采，保證工作面順利通過受組合斷層影響區域。

圖5 煤層注膠孔布置圖

（6）嚴格控制工作面采高。嚴格控制好工作面的采高在2.5 m左右，根據地形變化，工作溜子和支架提前進行變坡，避免出現采高不夠高支架被壓為死架，保證工作面能順利向前推進。

（7）其他技術措施。①回采工作面軌道順槽機尾往外20 m范圍維護措施。軌道順槽機尾往外20 m范圍由于斷層地質條件的影響壓力較大，出現底鼓、兩幫片幫嚴重現象，對此范圍進行人工拉底達2.2 m，上幫擴幫1～1.5 m；巷道兩幫原支護為錨桿網聯合支護，在原有支護的基礎上，兩幫錨桿中間再加打一排錨索，錨索采用Φ17.8×4500 mm鋼絞線；為了有效防止因壓力大而造成底鼓現象，在底板加打Φ20×1800 mm螺紋鋼樹脂錨桿支護。②調整工作面與斷層間的夾角。考慮到傾向斷層對回采造成的較大影響，經論證研究決定通過機尾采斜調整工作面角度，使斷層面與工作面形成一定的夾角，以求最大限度地減小斷層在工作面內的暴露長度，減小對工作面回采的影響。

圖6 71503工作面剖面圖

2 經濟措施

（1）過構造期間，經濟政策向隊組傾斜，經濟政策激勵機制效果明顯。同時對過構造期間工作積極，生產組織較好，任務完成迅速的個人和班組以及提出合理化建議者給予獎勵。

（2）生產隊組制定相應的經濟政策，同時將競爭機制引入到日常管理當中，以調動職工的勞動積極性。

3 經濟效益分析

經計算，71503工作面強行硬過組合大斷層多回收原煤4988 t，按煤炭綜合售價590元/t、成本320元/t計算，經濟利潤達134.7萬元。另外，重新施工切眼150 m，預計施工工期50天，預計投入工資材料費用180萬元；工作面支架、設備安裝工期25天，預計投入工資材料費用150萬元；材料順槽倒裝運、支架拆除預計工期30天，預計投入工資材料費用160萬元，合計經濟損失947.7萬元，為東山煤礦的采掘接替節約了寶貴時間、創造了良好的經濟效益。

4 結束語

通過71503工作面過組合斷層構造,得出如下結論：

（1）遇到大的地質構造（特別是大斷層）必須提前進行準確的探測，對地質構造的賦存情況做出精確的判斷，為生產決策提供可靠依據，同時在掘進過程中加強此范圍的支護，比如縮小錨桿、錨索間排距、增加支護密度等。

（2）過斷層時，加大動、靜態檢修力度，確保設備連續正常運轉。適當增加各重要工種的人員配置，如支架操作（檢修）工、三機檢修工等，各工種之間搞好配合，爭時間、搶主動。

（3）為確保綜采面液壓支架有個良好的工作狀態，必須加強對支架進行壓力檢測。通過在工作面、兩巷內設點進行礦壓觀測,系統掌握工作面過斷層時，巷道頂、幫移近量和變形破壞特征。

（4）生產過程中必須維護、管理好煤幫，杜絕出現空架現象，同時正常生產機組割煤過程中不留臺階、傘檐，將頂板割平，保證支架接頂嚴密，防止因支架承載頂板壓力不均勻而造成損壞支架、設備現象發生。

（5）過斷層構造期間，由于巖石采出量大，機組噴霧、支架噴霧、轉載點噴霧和落山注漿等處積水不能及時被巖石帶走，極易造成運輸順槽積水成患。防治措施：①掘進過程中在順槽的每一低洼處施工標準積水池，配備與出水量相匹配的水泵、排水管路、配電設備等，確保工作面能夠正常排水；②凡掘進期間巷道有流水的地點必須在行人側巷道底腳施工水溝；③水溝要與積水池相連通，并隨時清淤。

（6）在過斷層期間，必須及時驗證在過斷層中對現場問題處理措施的有效性，發現與實際不符及時進行糾正，確保管理、措施、制度對現場的適應性。

71503綜采工作面采用煤壁注膠加固維護結合仰俯斜辦法，安全、順利地通過組合斷層帶，回收了斷層煤柱、緩解了工作面銜接、減少了綜采安裝、搬家倒面，節約了時間、避免了設備的浪費，有效提高了礦井煤炭的采出率，對企業經濟發展起到了促進作用。

[1]成瑞.《71503綜放工作面回采作業規程》.東山煤礦，2010.

[2]劉志剛.煤礦構造學[M].北京：世界圖書出版社，1990.

[3]徐永圻.煤礦開采學[M].中國礦業大學出版社，1999.

[4]李育泉《綜采工作面過斷層技術》.山西焦煤西山煤電集團德威礦業公司，2010.

[5]王傳身，付彬《綜放工作面過斷層技術研究與實踐》.兗礦集團濟寧二號煤礦，2006.