綜采工作面過斷層采煤方法與頂板管理

唐效敏

摘 要：現(xiàn)階段，我國在現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)高速增長的大力影響下，已經(jīng)從一個(gè)農(nóng)業(yè)化的國家逐步轉(zhuǎn)型成為了工業(yè)占主導(dǎo)地位的國家，其工業(yè)發(fā)展速度之快前所未有，因而對(duì)能源尤其是煤炭資源的需求也會(huì)變得更多。雖然我國地大物博、資源豐富，但是由于近些年的大力開采也逐漸走向枯竭，尤其是煤炭資源的消耗更為嚴(yán)重，這種不可再生能源的過度消耗引起了業(yè)內(nèi)人士的高度重視，且更值得注意的是，由于我國煤炭賦存條件較差，埋藏較深，大多屬井工開采，且地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，因而帶來的開采安全隱患也比較多，尤其是綜采工作面過斷層更是安全管理的重中之重，故而綜采工作面安全過斷層采煤方法與頂板管理選擇的基礎(chǔ)性研究就顯得尤為重要。

關(guān)鍵詞：煤炭資源;綜采工作面;斷層;采煤方法;頂板管理

中圖分類號(hào)：TD823 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）07-0181-02

我國幅員遼闊遼闊、地大物博，地質(zhì)形態(tài)豐富，各類資源充足，改革開放以來，隨著工業(yè)化水平的提升和城市化建設(shè)腳步的加快，使得越來越多的企業(yè)和建設(shè)工程對(duì)于煤炭資源的需求不斷提升，這就要求煤炭開采企業(yè)不斷完善自我，生產(chǎn)設(shè)備向大功率、高強(qiáng)度、智能自動(dòng)化方向發(fā)展，并對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造和升級(jí)，提升產(chǎn)能，建設(shè)雙高礦井，多出煤，出好煤，滿足市場(chǎng)需求。但是，需要注意的是，在煤炭開采過程中，受煤層賦存條件和復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造尤其是大斷層、斷層組的影響，不但削減了工作面可采儲(chǔ)量，遲滯了推采進(jìn)度，造成采掘失調(diào)，更為嚴(yán)重的是還會(huì)造成很多頂板管理方面的安全隱患，針對(duì)這種情況，為了實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效和安全開采，必須采取科學(xué)合理的采煤工藝技術(shù)，完善特殊地質(zhì)條件下的采煤方法，強(qiáng)化頂板管理，才能確保開采人員的安全健康，提高推采循環(huán)進(jìn)度，實(shí)現(xiàn)安全高產(chǎn)高效。

1 綜采工作面的相關(guān)內(nèi)涵解析

綜采工作面是集破煤、裝煤、運(yùn)煤、移架、推移輸送機(jī)等工序均實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動(dòng)化的一種綜合性生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，綜合機(jī)械化采煤工藝給開采工作進(jìn)行所提供的空間比較小，開采工作進(jìn)行所導(dǎo)致的視覺環(huán)境也比較差，因此綜采工作面的安全性是值得引起工作人員注意的。現(xiàn)階段，隨著采煤方法改革的深入，兩化融合的推進(jìn)，建設(shè)雙高礦井和一礦一面礦井成為我國煤炭工業(yè)發(fā)展的主流趨勢(shì)，越來越多的工作者意識(shí)到了綜采工作面對(duì)于整個(gè)煤礦開采工作所帶來的安全性影響，這就使得綜采工作面成為了煤礦安全管理工作中的一個(gè)重點(diǎn)區(qū)域。綜采工作面使用的主要設(shè)備有：雙滾筒采煤機(jī)、可彎曲刮板輸送機(jī)、液壓支架、轉(zhuǎn)載機(jī)、可伸縮皮帶運(yùn)輸機(jī)、乳化泵站以及最為基礎(chǔ)的供電設(shè)備等。綜采工作面過復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造、斷層采取如下五種綜合治理方案：（1）地質(zhì)構(gòu)造過分發(fā)育的塊段，采用炮采工藝，炮采對(duì)地質(zhì)變化的適應(yīng)性較強(qiáng);（2）在工作面布置時(shí)將斷層留在區(qū)段煤柱內(nèi)，或雖然工作面內(nèi)有斷層，但與工作面交角不宜太小，以減小對(duì)工作面的影響范圍;（3）采用調(diào)斜的方法，改變工作面的推進(jìn)方向，縮小斷層的影響范圍;（4）工作面推進(jìn)過程中，發(fā)現(xiàn)了未知的、工作面難以通過的大斷層或其他構(gòu)造時(shí)，可將工作面甩掉一部分，其余部分繼續(xù)推進(jìn)，過后再對(duì)接為整面;（5）遇到較大構(gòu)造或斷層時(shí)，需要做各種比較，權(quán)衡利弊，優(yōu)選方案，若強(qiáng)行通過代價(jià)太大，則應(yīng)考慮搬遷工作面。

2 現(xiàn)階段綜采工作面過斷層中存在的問題

根據(jù)大量的數(shù)據(jù)顯示及對(duì)很多煤礦資源開采情況的實(shí)踐總結(jié)，發(fā)現(xiàn)幾乎不存在沒有斷層的綜采工作面，這就在一定程度上說明要想有效地提升綜采工作面單產(chǎn)和工作效率就一定要重視綜采工作面過斷層的研究。一般來講，井工開采，綜采工作面所處區(qū)域煤層賦存條件較復(fù)雜，周邊圍巖條件層次不齊，而且在開采的過程中由于受到礦壓的作用，很容易出現(xiàn)采場(chǎng)頂板破碎的情況，極有可能會(huì)形成冒頂現(xiàn)象，而且隨著開采進(jìn)程不斷延伸，周期來壓頻繁出現(xiàn)，使得整個(gè)綜采工作面的頂板管理趨于復(fù)雜，由于超前支承應(yīng)力的影響，綜采工作面過斷層的時(shí)候，很容易造成嚴(yán)重的液壓支架壓死和掐架、倒架現(xiàn)象;當(dāng)綜采工作面斷層落差較大時(shí)，受斷層大范圍波及影響，綜采工作面產(chǎn)量下降尤為嚴(yán)重，而且對(duì)于綜采工作面造成的機(jī)械性損傷也很嚴(yán)重，更嚴(yán)重的是給采場(chǎng)安全管理帶來極大隱患，需引起各級(jí)人員的高度重視。

3 綜采工作面過斷層比較常見的幾種采煤方法

3.1 跳采法

跳采法是一種相對(duì)來說最為基礎(chǔ)、最為常見的綜采工作面過斷層方式。一般根據(jù)工作面實(shí)際開采情況的不同來進(jìn)行部分措施的調(diào)整：當(dāng)斷層出現(xiàn)在綜采工作面兩端的時(shí)候，可以采取沿著與工作面兩巷平行的方向挖掘出一條巷道，使得這條巷道與區(qū)段運(yùn)輸巷、區(qū)段軌道巷能夠連接在一起，這樣就能夠在進(jìn)行回采的時(shí)候輕松地繞過斷層。但是當(dāng)斷層被綜采工作面包圍起來的時(shí)候，就必須要采取跳采法，即在斷層的位置處留好足夠空間和數(shù)量的煤柱，將工作面甩掉一部分，再挖掘出一條巷道使其和綜采工作面兩巷連通，推小面前進(jìn)，過斷層后再對(duì)接成整面。

3.2 調(diào)整割煤高度法

綜采工作面過斷層的方法取決于斷層的落差、煤層厚度、支架最大最小高度、采煤機(jī)破巖能力等因素。當(dāng)斷層落差小于煤層厚度和支架最小支撐高度之差，綜采工作面可通過調(diào)整割煤高度的方法直接過斷層。

3.3 挑頂臥底法

綜采工作面過斷層的方法取決于斷層的落差、煤層厚度、支架最大最小高度、采煤機(jī)破巖能力等因素。（1）當(dāng)斷層落差大于煤層厚度和支架最小支撐高度之差，可用采煤機(jī)截割頂?shù)装鍘r石采用挑頂臥底法過斷層，當(dāng)頂?shù)装鍘r石堅(jiān)硬，采煤機(jī)截割不動(dòng)時(shí)，則可采用放炮方法挑頂臥底過斷層。（2）根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐，斷層落差相當(dāng)于煤層厚度時(shí)，工作面是可以通過的，一般過斷層仰斜角不超過15°-16°。但是，落差過大時(shí)，割巖量過大，容易損壞設(shè)備，煤質(zhì)變差，不能維持正常生產(chǎn)，需考慮搬家倒面。今后，隨著采煤機(jī)功率加大，破巖能力增強(qiáng)，斷層落差超過煤層厚度時(shí)，有時(shí)也可以采取硬過的方式。

3.4 綜合方法

綜合方法顧名思義就是將上述可能會(huì)利用到的方法結(jié)合在一起進(jìn)行過斷層開采工作，這種方法一般是針對(duì)于綜采工作面過斷層比較復(fù)雜的情況，進(jìn)行綜合性考慮而定。一般應(yīng)采取以下措施處理：（1）為了減少斷層在工作面內(nèi)的暴露范圍，遇斷層時(shí)應(yīng)適當(dāng)調(diào)整工作面方向。當(dāng)圍巖為中等穩(wěn)定以上時(shí)，工作面與斷層走向交角不小于20°-30°，圍巖不穩(wěn)定時(shí)此夾角應(yīng)增至30°-45°。但調(diào)整工作面方向，會(huì)引起工作面長度變化，需增加工作面支架數(shù)或增加三角煤損失。（2）應(yīng)按斷層性質(zhì)、落差及頂?shù)装鍘r層硬度等因素確定采用挑頂和臥底或同時(shí)挑頂及臥底，做到既有利于維護(hù)頂板又減少破巖量。

斷層附近可采取以下支護(hù)措施;（1）斷層處先架設(shè)傾斜梁、傾斜棚或斜交梁，采取間隔移架，先移的支架頂梁托住傾斜梁后再移鄰架;（2）可在煤壁上預(yù)先掏梁窩架設(shè)超前梁或超前走向棚;（3）盡量采用帶壓移架方式，以防松動(dòng)頂板，并縮小割煤和移架間距，片幫較深時(shí)采取超前支護(hù)，減少控頂面積;（4）頂板冒空處應(yīng)架設(shè)木垛或用其他材料充填，對(duì)破碎地帶的頂板可用錨桿加網(wǎng)或注漿錨桿加網(wǎng)等方法支護(hù)，以固化頂板;（5）沿?cái)鄬娱_巷，采用錨桿-金屬網(wǎng)-錨索聯(lián)合支護(hù)，沿?cái)鄬娱_巷時(shí)巷道尺寸必須與綜采面尺寸相適應(yīng)，以利于工作面從斷層一盤逐步過渡到另一盤。

4 綜采工作面頂板管理方式的有效優(yōu)化

對(duì)于綜采工作面回采工藝中的頂板管理來講，想要提升頂板管理水平，需要做好以下幾方面的工作：（1）優(yōu)化工作面設(shè)計(jì)及巷道布置方案，尤其要考慮復(fù)合頂板的治理問題;（2）對(duì)回采工藝、技術(shù)參數(shù)及回采工序進(jìn)行合理選擇安排;（3）選擇科學(xué)有效的支護(hù)方式、支護(hù)強(qiáng)度及有效的管理方法，確保采場(chǎng)安全;綜采工作面端頭支護(hù)是頂板管理的關(guān)鍵區(qū)域，為確保其支護(hù)的有效性，應(yīng)選擇支護(hù)強(qiáng)度不小于1.2-1.5mp的高阻力支架，同時(shí)要考慮支護(hù)面積的有效，防止漏頂;（4）采用特種方法和措施過斷層破碎帶：由于工作面過斷層的時(shí)候很容易產(chǎn)生頂板坍塌的現(xiàn)象，這就需要采取有針對(duì)性的特種防護(hù)措施，超前支護(hù)，均勻承載與卸壓;當(dāng)頂板破碎較為嚴(yán)重的時(shí)候，移架要追機(jī)作業(yè)，隨著采煤機(jī)割煤同步進(jìn)行，才能夠及時(shí)支護(hù)，確保安全順利穩(wěn)定推采;（5）對(duì)于機(jī)、軌兩巷超前支護(hù)，上下端頭的支護(hù)，需要采取“先支后回”的方式來進(jìn)行，安全有效地替換損壞的支架、支柱，消除兩巷超前應(yīng)力對(duì)于綜采工作面造成的安全威脅，同時(shí)，還要合理控制支柱和回柱之間的距離，防止產(chǎn)生漏頂和坍塌。

5 結(jié)語

煤炭是工業(yè)的糧食，我國一次性能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，煤炭占比75%以上，煤炭工業(yè)發(fā)展的快慢，將直接關(guān)系到國計(jì)民生，今后相當(dāng)長的一個(gè)時(shí)期內(nèi)，對(duì)能源尤其是煤炭資源的依賴和利用比重是無可替代的，樹立安全發(fā)展理念，建設(shè)雙高礦井仍是今后一個(gè)階段的發(fā)展目標(biāo)，因此，正確面對(duì)和解決煤炭開采過程中遇到的安全性問題，成為煤炭開采管理工作的關(guān)鍵，尤其是斷層構(gòu)造帶采煤，更是安全管理的重中之重。通過對(duì)斷層帶采煤安全問題的分析，筆者提出了綜采工作面斷層采煤的相關(guān)方法，而且就該種方法在以后發(fā)展過程中的應(yīng)用提出了建議和希冀。旨在闡明在實(shí)際的煤炭開采過程中，需采用科學(xué)、合理的技術(shù)和方法來保證煤層頂板的支持功能，防止由于外力條件或內(nèi)部地質(zhì)構(gòu)造的不同引起不同規(guī)模或不同程度上的頂板破壞，從而使得我國的煤炭開采事業(yè)走上一條健康穩(wěn)定的發(fā)展之路。

參考文獻(xiàn)

[1] 朱峰.綜采工作面過斷層施工工藝應(yīng)用[J].山東煤炭科技，2018（10）：11-12.

[2] 朱希平.綜采工作面過斷層采煤方法與頂板管理[J].能源①與節(jié)能，2018（08）：10-11+21.

[3] 郭太斌.綜采工作面過斷層頂板控制措施研究[J].山東煤炭科技，2018（07）：16-17.

[4] 陳俠.薄煤層綜采工作面過斷層、過老巷技術(shù)分析[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì)，2017（18）：13-14.

[5] 陳小燕.綜采工作面過斷層采煤方法與頂板管理的研究[J].機(jī)械管理開發(fā)，2017，32（07）：33-34+58.

[6] 崔樹江.大采高超大采場(chǎng)覆巖破壞運(yùn)動(dòng)特征及控制研究[D].中國礦業(yè)大學(xué)（北京），2016.