工作面過斷層技術研究

崔存海

摘要：本文系統分析了現階段采煤工作面過斷層方法和采煤工作面過斷層期間頂板控制技術。基于此發現，采煤工作面過斷層技術的研究大都是針對在現場測量、巖石力學性能實驗、相似模擬實驗以及數值模擬等方面的研究，取得了許多有價值的成果，但涉及采煤工作面過斷層方法的革新很少。

關鍵詞：工作面；過斷層；頂板

1 采煤工作面過斷層方法

采煤工作面過斷層的常規方法有跳采法、改變割煤高度、硬過平推以及化學加固法等。煤礦中的斷層是指，煤巖體或巖層破裂后其斷裂兩側的巖層（巖體）有顯著位移落差（斷裂構造）。過斷層的難易程度與其自身的落差高度和傾角，以及煤層的硬度、煤厚、頂底板巖性等諸多因素息息相關。目前，過斷層方法主要有以下幾種[1]：

（1）調整割煤高度法。通過調整割煤高度來通過斷層，實際操作中采取留頂煤或底煤方法過斷層。通過斷層后逐步見頂見底開采，恢復原采高。此方適用條件是斷層落差較小，且斷層上下盤接觸之間煤層的厚度大于或等于液壓支架的下限通過高度。

（2）割頂法或起底法。割頂法就是通過切割斷層上盤的巖體的方法，使得工作面通過斷層。即，沿著工作面推進的方向，過斷層前的工作面直接底板低于過斷層后的工作面直接底板時適宜采取割頂法。該方法適用的地質條件為，當采掘面煤壁松軟易片幫，頂板巖石不堅硬而底板巖石不易切割，以及采掘面的斷層落差不大。當沿工作面推進方向，過斷層前工作面直接底板高于過斷層后的工作面直接底板時采取挑頂法或起底法過斷層均可。

（3）留垛跳采。即在斷層的地方設置垛，以重新打巷的方式過斷層。當斷層位于在采掘面兩端時，可沿煤層通過正常段與斷層方位平行開掘一條全煤巷道與材料巷或運輸巷貫通，工作面縮面回采躲過斷層，隨推進開采隨接長工作面的溜子。當斷層位于采掘面的中間時，可先在斷層處留垛，然后采用跳采方式先過斷層，隨后開通工作面，確保兩巷連通。如果采掘面的傾向斷層落差較大，可先打切眼，然后跳過斷層。

（4）預掘巷過斷層法。目前，預掘巷過斷層方法的研究大都是預掘巷間不留設巖柱，預掘巷間留設巖柱法過斷層鮮有文獻報道。張東升等提出了預掘巷過斷層及其矸石井下處理技術，即在回采前，先采掘出斷層中全部巖石，與此同時支護采掘出的巷道，這樣采掘面通過此巷道，直接過斷層。因此，當采掘面推進到斷層位置時，過斷層就變成了過空巷。總的來說，工作面所采用的刮板輸送機和采煤（掘進）機等設備仰角（俯角）小于19°時就能夠順利通過。此方法的優點是斷層附近的巖石已經預先處理，工作面通過時速度較快，且采煤機不截割巖石。存在的問題：一是通風管理困難，既要保證工作面通風而且要使巖巷有一定的風量稀釋瓦斯；二是巖巷的頂板管理有一定困難，因為斷層帶巖石多數較破碎，而且受到工作面超前支承壓力的影響，進行支護的難度較大。王曄提出了預掘爆破巷法過斷層技術，即采取在采煤工作面運輸順槽，隨后在巷道的兩幫堅硬圍巖打眼放炮，強制松動爆破，對影響采掘面推進的圍巖預先處理，消除了堅硬底板巖石對工作面正常推進的影響。韋良文等基于關鍵層理論，分析了斷層預掘巷技術的可行性，并對其支護參數進行了數值模擬優化分析，同時考慮工作面預掘巷受采動影響的作用，確定出了工作面預掘巷合理的支護參數。

2 采煤工作面過斷層期間頂板控制技術

工作面過斷層期間，由于地質條件復雜，無法完全掌握。要是處理不好，就會導致無法完全接頂。頂板在支架上方因產生離層而破壞破碎，導致支架不能有效支撐，如若不及時維護，將會導致冒頂等事故，尤其是斷層影響范圍內的支架正在推移刮板機時，會形成集中應力，對采掘面的安全回采影響非常大。下面介紹幾種常用的采掘面過斷層期間頂板和易片幫煤壁的控制技術[2]。

（1）現階段，常用的頂支護板控制技術可分為及時支護、超前移架和帶壓擦頂移架：①及時支護的技術方案先后順序為，首先在采煤機割煤后先移架，然后再移刮板機，移架后要及時開啟護幫板，防止采掘面煤壁片幫。②超前移架的技術方案先后順序為，當采掘面最高片幫的高度超過0.8m以上時，要超前采煤機才能移架，及時支護懸浮的頂板，此時要小心采煤機割碰支架的頂梁。③帶壓擦頂移架的技術方案先后順序為，移架時要注意降柱高度，確保其具有一定支撐力，讓支架的頂梁貼著上方直接頂前移。現場移架中不能強行移架防止支架遭到破壞。

（2）現行的封頂封幫控制方法主要有平行工作面挑梁護頂和垂直煤壁架棚兩種方法，適用條件和具體操作方法分別如下：①平行工作面挑梁護頂適用條件是，采煤后新裸漏出來的上覆頂板短期沒有發生冒落，但是在移架后則可能冒落，可采用該措施。其具體做法為，先將頂板較為完整處的支架移架，與此同時，在前梁上方，沿平行煤壁的方向布置木板梁。由木板梁先支撐附近較為破碎的頂板，隨后將頂板破碎處的支架移架。當頂板破碎非常嚴重且容易冒落時，可以在其上方布置錨網和木垛等支護材料。②垂直煤壁架棚護頂適用條件是，當采掘面上方得頂板隨向前推進而冒落時，且冒落面積非常大時，用平行工作面挑梁護頂法是不能及時支護的。遇到這種條件下，可以在相鄰的兩支架之間超前布置垂直煤壁的鋼軌（木板梁）進行支護頂板，鋼軌（或木梁）可用鋼絲繩（或錨鏈）捆住支架的頂梁，支架的前端護住煤壁。當移支架時，可用鋼軌（或木梁）使懸露的頂板與采掘完的空間相隔離，從而有效控制破碎頂板漏石，避免造成人員傷亡和財產損失。

（3）注漿加固破碎頂板[3]。當采掘面巷道遇到斷層散碎帶時，利用注漿材料將將散碎帶的破碎巖石膠結起來，使破碎頂板加固堅硬成為整體。可很好加固采掘面圍巖的松散帶，提高圍巖的承載力，從而防治頂板垮落。

3 結語

本文總結了現行主要的采煤工作面過斷層方法和采煤工作面過斷層期間頂板控制技術，并指出這些方法的適用條件和具體的操作技術，為采掘面安全回采提供現場指導和理論依據。

參考文獻：

[1]張志忠.綜采工作面過斷層技術研究[J].山東煤炭科技，2015（9）：4950.

[2]王建波.綜采工作面過斷層技術研究與探討[J].科技信息，2009（31）：800.

[3]楊文斌.大采高工作面過斷層技術[J].煤炭工程，2010，1（8）：3941.