試析綜采工作面過走向斷層技術

潘雄勝

(山西陽城陽泰集團西溝煤業公司，山西 陽城 048106)

引 言

斷層是一種地殼在各種地質年代中劇烈運動形成的地質構造，斷層具有兩方面危害，其一，斷層對巖層的穩定性和整體性有著直接影響；其二，斷層可能成為煤層附近巖層中水流、有害氣體的倉庫和通道，極易出現突發性事故。因此，研究過斷層開采技術，有助于保障煤礦井下工作人員的人身安全，促進企業的穩定發展。

1 綜采工作面基本情況

以某工程綜采工作面為例，該工程位于平硐運輸大巷南部，整個南部均處于未采區域。在工程西部位置上設置了采區回風港、運輸港和軌道港等內容。上部為采空區，工作面切眼長度大約在230 m左右，走向長度約為340 m左右，煤層厚度在3 m左右，相對較為穩定。全面發育一層夾矸，工作面的角度相對較小，在5°以內。

2 綜采工作面過走向斷層技術

2.1 綜采工作面安裝后試采期間層位調整

在本工程綜采工作面安裝作業完成后，發現其中一段工作面對于走向斷層有著一定的影響。該工作面結構主要以全巖層結構為主，且巖層內成分以砂巖為主，影響面積約有33 m左右，整個工作面的傾斜角度在25°，這種情況很容易在通過走向斷層的施工中，增大刮板輸送機的運行阻力，使液壓支架出現倒滑情況。經工作人員研究決定，為了降低不良影響的產生，可以在試采期間，在滿足過斷層影響范圍控制指標的基礎上，采用挑頂、抬輸送機的方式，將工作面的傾斜角度從原來的25°降至15°左右。工作面層位調整預想剖面圖如圖1所示。

圖1 工作面層位調整預想剖面圖

2.2 全巖段采用放震動炮助采

全巖段震動炮助采方案在制定過程中主要分為兩部分：一是初期震動炮助采方案。二是優化后的震動炮助采方案。其主要目的是降低工作面過斷層的影響。在初期震動炮助采方案設計中，由于采煤機滾筒截深在0.6 m左右，所以在初期炮眼深度設計上，將其控制在1.5 m左右,炮眼的利用率要控制在8成以上。在炸藥的選擇上主要以三級煤礦許用的乳化炸藥為主，尺寸控制在Φ32 mm×320 mm，總量300 g。炮眼的設置需要利用氣腿式鑿巖機，配以Φ26 mm×1.8 m六方鉆桿、Φ42 mm鉆頭。炮眼的布置要以三排眼為主，在頂部、中部和底部均設置炮眼位置，且每層炮眼之間的距離控制在1.5 m×1 m。

頂部的雷管主要以三級雷管為主；中部的以一級雷管為主，底部則以二級雷管為主。炮眼位置圖參照第105頁圖2。在雷管中炸藥填裝時，要采用正向裝藥的方式，并在填充完成后利用泥漿將炮眼進行封堵。優化后震動炮助采方案主要是將炸藥規格以及氣腿式鑿巖機的相關配置予以調整。優化后的施工方案中，炸藥仍然采用三級煤礦許用乳化炸藥，不過規格和用量改為Φ27 mm×300 mm,每卷重200 g。氣腿式鑿巖機的零部件則改為Φ26 mm×1.8 m六方鉆桿、Φ32 mm鉆頭。炮眼位置，裝藥方式均不作改變。

圖2 炮眼布置圖(單位:mm)

2.3 工作面過斷層期間設備管理

工作人員需要在全巖段中每個支架的護幫板上安裝強力皮帶。強力皮帶的尺寸控制在1.7 m×1.0 m，沿走向方向，利用M24螺栓和夾板將彈力皮帶固定在護幫板上，保證每個支架之間有100 mm左右的壓茬。這樣在放炮期間內，護幫板打開后，彈力皮帶可以起到很好的保護作用；而在放炮后，護幫板被收回，彈力皮帶又會直接固定在支架的前梁位置上，不會影響煤機通過。

在放炮作業前，需要將采煤機停在機尾處，這樣在放炮過程中，才能保證掉落的大塊矸石不影響采煤機的通過率，這既降低了采煤機的運行阻力，也避免刮板和鏈條的損傷。

2.4 綜采工作面過斷層期間頂板管理

首先，斷層頂板位置需要設置相應的支護支架。在支護支架設置中，應采用超前支護支架的設置方式，便于工作人員結合施工具體情況進行支架的調整。同時在支架架設中要對其高低差以及支架之間的間距予以合理把控。初次設置的支護支架其支撐壓力不得小于24 MPa。

其次，在頂板完好的狀態下，移動超前支架，當支架端面的距離在340 mm以上時，需要及時伸出伸縮量并打開護幫板，對頂板實施支護作業；如果斷層出的頂板存在破裂現象，且超前支架在伸出伸縮量的狀態下移動后，仍存在端面距離超過340 mm的情況，則需對超前支架實施加護作業。在加護作業中可以采用直徑在2.4 m工字鋼或者直徑2.8 m的半圓木單體液壓支柱；在斷層施工作業中，一定要先從頂板完好的斷面開始施工。如果在施工前發現頂板冒落高度在300 mm以上，需要從頂板斷面完好的一側開展接頂作業，并在接頂過程中，詳細觀察頂板情況，加強退路預留的合理性，一旦發現異常狀況，應快速退到安全位置。

最后，在放炮期間一定要讓乳化泵設備保持停止運行的狀態，以免在放炮中，因矸石掉落砸中設備操作閥門，發生后支架出現漏頂、冒頂等事故。

2.5 過斷層方案實際效果分析

1) 在調整綜采工作面層位后，綜采工作面過斷層影響范圍的傾斜角度從原來的25°下降到15°，這既降低了輸送機運行中的阻力，提高了支架的防倒滑能力，也減少了支架防倒滑設施和防滾矸設施的數量，降低了施工成本。

2) 在本工程綜采工作面全巖施工范圍中，一共需要支架數量在20個左右，通過計算，每班需要設置的炮眼數量在60個左右，在方案優化后，通過小口徑炸藥的應用，可以將炮眼施工的時間平均縮短10 min以上。

3) 在炸藥裝完后利用泥漿封堵，保證在放炮過程中，大塊矸石的崩出效率，減少危險的發生。同時內部巖石在放炮后呈碎塊狀分部，在采煤機作業中，能夠減少截齒的消耗量。

4) 強力皮帶的應用不僅給支架提供了一定的保護，還減少了支架管理和支柱可能存在的損傷情況，降低了架前積矸量。

3 綜采工作面過斷層方案的經濟效益

在初期設計方案落實中，由于其存在一些較不成熟的現象，每班的工作人員平均在24人左右，需要消耗的采煤機截齒儲量在18把以上，炸藥的消耗量在每班38 kg，出煤量每班基本在680 t。

通過對放炮施工方案的進一步優化，每班工作人員減少了6人，采煤機的截齒數量節省了近14把，炸藥的消耗量也降低了14 kg左右，而出煤量每班則增加了226 t。

按照每噸煤利潤200元、人工180元、采煤機截齒230元的價格計算，優化后的施工方案可將每班的經濟效益增加為：200元/t×226.8 t+6工×180元/工+14把×230元/把=49 660元/班。回采功效為：(680.4 t+226.8 t)×2.5班÷(18工/班×3班)=42 t/工。

4 結語

合理優化綜采工作面過走向斷層施工方案，采用合理的施工技術，能夠有效提升采煤量，節省人工成本，進而全面增大施工的安全系數。