厚煤層綜放工作面過斷層技術實踐

任 浩

（西山煤電集團有限責任公司西曲礦， 山西 古交 030200）

在煤（巖）層中，由于受到構造運動而遺留下來的構造行跡，如褶曲、斷層等對礦井的正常生產造成一定的影響，安全快速的通過這些地質構造是當前煤炭行業所面臨的關鍵性問題，各個煤礦都存在這個問題。為此對西曲礦18502 工作面所采用的過斷層方法與國內現有的幾種破裂巖石方法進行對比，根據目前工作面存在的問題進行簡單分析總結，對以后在采掘過程中遇到較大構造時提供一些寶貴意見。

1 工程概況

18502 工作面位于西曲礦南五采區輔助運輸下山南側，東部、南部、西部均為實煤區，兩巷均沿煤層頂板掘進，煤層平均厚度為4.7 m。材料巷48 號點前73 m 處遇F46H=12.4 m∠30°正斷層，斷層落差達12.4 m。根據材料巷所揭露的斷層情況，斷層影響回采的走向方向長度自48 號點前33.6 m 開始,長度達120 m，傾向方向長度預計達100 m，見圖1。

圖1 斷層剖面圖

2 采掘過程通過斷層的方法

2.1 掘進期間

18502 工作面材料巷巷道斷面為矩形，巷寬5.6 m，巷高3.8 m，采用錨網索聯合支護，巷道全長約3 200 m，于2016 年8 月份開始掘進，巷道沿8 號煤煤層頂板掘至2 682 m 時，巷道下山坡度突然增大至10°左右，按照該坡度施工33 m 后，巷道迎頭出現全巖，且根據超前鉆探情況顯示，該處為一正斷層，下盤煤層上升，因此有按照5°的上山坡度施工了16 m，繼續打鉆發現若按照該坡度掘進，施工的全巖巷道距離太長，施工難度較大，且為了保證無軌膠輪車的正常行駛，因此決定從迎頭退至50 m 后進行挑頂，并對已經施工的巷道進行填渣，減緩巷道坡度，且能夠盡快找見8 號煤層，減少了巖巷的掘進工程，具體施工坡度見圖2。

圖2 掘進過斷層施工設計圖

2.2 回采期間

采用打淺眼、少裝藥、放小炮的爆破震動方法預先破碎巖體，然后采煤機截割通過此斷層。

2.2.1 炮眼布置

根據工作面揭露的巖體厚度，將炮眼布置形式分為三種，具體見下頁圖3。

當工作面揭露的巖體厚度小于0.8 m 時，在中部偏下位置打設一排炮眼，眼距0.8 m，眼深1.0 m，每10 個眼一組，一次裝藥，一次起爆。

當工作面揭露的巖體厚度大于0.8 m 小于1.6 m 時打設兩排炮眼，采用三花眼布置方式，眼距0.8 m，眼深1.0 m，每10 個眼一組，一次裝藥，一次起爆。

當工作面揭露的巖體厚度大于1.6 m 時每間距0.8 m 打設一排炮眼，采用矩形布置方式，眼距0.8 m，眼深1.0 m。每4 m 為一段，先起爆中間一組掏槽眼，后起爆剩余輔助眼，分次裝藥分次起爆。

2.2.2 工藝流程

敲幫問頂→遮擋設備→打眼→檢查瓦斯→裝藥→聯線→檢查瓦斯→爆破→檢查瓦斯。

2.2.3 存在問題

1）工作面采用放一次震動炮，割煤一次，回采效率低，且該斷層延伸至工作面的距離較長，需要打設的炮眼多，工人勞動強度大。

2）放震動炮是在煤壁上進行，自由面范圍較大，對工作面支架及其他設備保護要求較高，會出現崩壞設備、管路及電纜等問題。

3）施工困難，由于工作面為大采高，煤層傾角較大，打設炮眼時需在運輸機內搭設操作平臺，打眼、裝藥等環節需登高作業，難度大，安全性差。

3 巖體破裂方法的研究

為了保證井下開采過程中遇斷層、無炭柱等地質構造時能夠安全快速的通過，目前國內主要的巖體破碎方法有以下幾種。

3.1 巖體高壓注水

壓裂作用，高壓水將鉆孔周圍的巖體壓裂且形成的水楔可以擴大和增加巖體中的裂隙和弱面，使巖體的強度降低；軟化作用，注水后能溶解頂板巖石中的膠結物和部分礦物。

該方法在國內尚處于試驗階段，試驗過程中遇到的最大問題是注水壓力達不到要求，當高壓水遇到巖體中的裂縫或軟弱面時將迅速卸壓，卸壓后對需要處理的巖體無法進行壓裂。高壓水壓裂時的注水壓力一般為十幾到幾十個兆帕，而堅硬巖體的單軸抗壓強度一般大于60 MPa，有的甚至超過200 MPa，單靠這樣小的壓力很難將巖體壓裂。

3.2 頂板靜壓注水

頂板靜壓注水是使巖體含水率提高，降低巖體的強度，使工作面回采時采煤機能夠順利通過。

但該方法應用的前提必須是巖體吸水性強，且吸水后其強度明顯降低，否則不能應用，且注水時間要求非常長，因此該方法應用非常少。

3.3 淺孔循環式破碎

工作面每推進一個循環，在工作面煤壁打設一定深度的淺孔，裝藥進行爆破。爆破后使巖體破碎，強度變弱，便于采煤機回采。

該方法和工作面的生產相互干擾，工作面每推進一個循環就要停產進行爆破，效率低、勞動強度大，且具有一定的危險性。

3.4 深孔預裂爆破

在工作面煤壁和材料巷一定距離處打深孔，采用高威力炸藥爆破，在工作面回采前，先對斷層延伸至工作面的巖體進行爆破，形成人工破碎區和裂隙區，同時消弱原巖內弱面的層間結合強度。隨著工作面的推進，采煤機可以有效的進行截割，提高了采煤效率，減小了采煤機滾筒截齒的磨損，降低了工人的勞動強度，可達到提前預裂伸入至工作面的巖體。

深孔預裂爆破控制堅硬頂煤、頂板方法和其他幾種方法相比有很多優點：炸藥起爆后壓力能達到上千個兆帕，威力遠遠大于其他幾種方法，對巖體的弱化效果最明顯；深孔爆破后炸藥能量的傳遞不具有選擇性，不會順著巖體裂縫或弱面釋放能量，能夠對需要弱化的堅硬巖體進行有效處理。

因此，結合西曲礦18502 工作面已經使用過斷層的方法，并根據上述方法理論，建議有條件的礦井在遇到較大地質構造時可采用深孔爆破方法進行巖體破碎。

4 效果分析

18502 工作面過斷層所采用的方法是目前工作面遇較小地質構造常用的一種，也是適用范圍最廣的一種方法之一，但仍然存在一定的局限性和施工上的困難，且操作過程中的注意事項較多，雖然能夠達到破碎工作面地質構造的效果，但是效率低，人員勞動強度大，每割一循環就需要進行打眼、裝藥、放炮等環節。整體而言，18502 工作面過斷層的過程是安全順利的，但仍需要進一步嘗試采用一些新的破碎巖石的方法，為以后的回采奠定了良好的基礎。

5 結論

1）進行開采過程中經常會遇見斷層、沖刷帶、無炭柱等地質構造，對回采工作造成一定的影響，因此在工作面采掘時需根據礦井的地質情況提前制定合理的方案，確保安全、快速的通過。

2）對巖體的破碎是過地質構造的關鍵，加強采掘過程中遇地質構造的打鉆管理，探明地質構造賦存的基本要素，使破碎范圍更加精準，方案更加清晰，實施更加明確。

3）針對礦井各個采區的瓦斯、頂板巖性等條件，繼續對目前現有的幾種破碎巖體方法進行對比，對破碎的原理進行試驗論證，尋找不同條件下能夠達到破碎巖體的方法，為煤炭行業井下生產過地質構造提供一些必要的理論依據。