綜采面快速過斷層群的技術研究

李 鴻

(汾西礦業宜興煤業，山西 孝義 032300)

斷層是煤炭生產過程中常遇地質構造，當斷層落差較大時一般會給采煤工作面的正常開采帶來不利影響，并制約回采工作面推進速度，影響生產安全[1]。同時，由于斷層影響，斷層帶附近煤巖體破碎、部分區域內構造應力、瓦斯等出現集聚，給回采工作面帶來頂板冒落、煤壁片幫、瓦斯涌出異常等問題[2-3]。本文以山西某礦2303綜采工作面煤炭開采為工程背景，對采面連續過斷層群技術展開研究，以期能為其他礦井遇到類似地質構造回采問題提供一定借鑒。

1 工程概述

2303采煤工作面位于礦井2盤區，平均埋深560 m，主采3#煤，煤厚3.9 m～7.8 m，平均6.1 m，采用綜采方式開采，全部垮落法管理頂板，3#煤頂底板巖性見圖1。回采工作面設計開采長度1 250 m，切眼傾斜長度276 m。由于回采工作面位于一背斜區域，采面煤層呈現出東北高、西南低趨勢，煤層傾角范圍在2°～6°，平均4°，為近水平煤層。在采面距離切眼500 m處發育有多個小型背斜、向斜。回采范圍內煤層瓦斯原始含量為10.6 m3/t，絕對瓦斯涌出量為28.69 m3/min。

2 采面內斷層發育情況

2.1 回采巷道掘進揭露斷層情況

2303綜采工作面回采巷道掘進過程中會揭露部分開采范圍內發育斷層，掌握揭露的斷層在回采工作面的發育形態以及斷層帶附近的煤、巖層破碎情況，從而可以為后續的回采工作面過斷層措施制定提供參考。2303回風巷掘進過程中揭露DF32斷層，進風巷在掘進過程中揭露DF41、DF102斷層。

圖1 3#煤頂底板巖性

2.2 物探探測

為了準確掌握回采巷道揭露的DF32、DF41以及DF102斷層在回采空間內的發育情況，采用WKT無線坑透儀對開采范圍內的斷層延伸情況進行探測。根據回采巷道揭露斷層以及物探探測到的斷層發育情況，得到斷層在回采工作面內的發育情況，具體見第98頁圖2。

回采工作面開采推進至450 m位置時會進入到坑透探測到的異常區，推進至480.2 m左右時揭露DF32斷層(H=1.2 m～4.8 m，263°∠30°)、推進至550.3 m左右時揭露DF41斷層(H=0.8 m～3.2 m，251°∠68°)、推進至620.8 m左右時揭露DF102斷層(H=2.6 m～5.2 m，211°∠69°)。

圖2 采面內斷層發育情況

3 綜采工作面過斷層群技術

2303綜采工作面在推進至480 m～620 m間連續揭露3條斷層，給采面生產安全帶來不利影響，以采面推進過DF32斷層(H=1.2 m～2.8 m，263°∠57°)為例，對采面過斷層群技術進行分析。

3.1 采高控制

當2303綜采工作面推進至DF32影響區域前20 m就調整采面采高，將回采高度由6.0 m降低至4.5 m，在回采過程中采面沿著煤層底板回采。在斷層影響區域以及兩側正常區域采高應平緩過渡，從而確保回采工作面過斷層上、下盤時頂底板平直。

3.2 留底煤、割頂煤過斷層

根據無線電坑透結果，在2303采面回采推進至480.2 m時會揭露DF32斷層(逆斷層)。設定斷層落差值為H、斷層傾角值為α，當2303綜采工作面從上盤向下盤回采過程中頂、底與斷層面間距分別為L1、L2，采面開始以一定傾角γ(文中取值30°)進行仰斜開采。具體的L1、L2可以通過式(1)、式(2)計算[4-5]。

L1=L2+m·tan(90°-α)

(1)

(2)

式中：h表示斷層落差，m；α表示斷層傾角，(°)；m表示采高，m。帶入采面以及斷層參數，得到L1、L2分別為11.84 m、9.24 m。

當回采工作面推進至頂底板與斷層界面間距11.84m、9.24m時，調整回采工作面開采角度，通過割底煤、留頂煤方式通過該斷層，具體見圖3。

圖3 采面過DF32斷層示意圖

在回采工作面過斷層割矸石時，應強化對采煤機噴霧除塵裝置檢查，并與灑水管路連接完好，對采煤機割矸區域噴霧，降低粉塵產生量，改善作業點環境，使得回采工作面可以順利、安全通過斷層。

3.3 頂板管理

由于受到斷層影響，采面頂底板以及煤層裂隙發育、破碎，在過斷層期間容易出現頂板冒落、煤壁片幫等安全事故，應強化對頂板管理。在2303綜采工作面過斷層期間，根據采面綜采設備實際情況，采取的頂板管理措施具體為：1) 綜采支架工作阻力必須達到預先設定的初撐力(24 MPa),當超前支架具備拉出條件時應全部拉出，當煤壁片幫深度超過1.0 m時液壓支架的前探梁必須全部伸出，必要時應降低回采工作面采高。在采面推進回采過程中，應加強質量監督管理，確保采煤機液壓支架的平直度以及工作阻力[6]。

2) 為避免回采工作面過斷層期間出現冒頂事故，根據采面頂板來壓情況以及巖層破碎情況，可以在機頭、機尾三角區內采用注漿加固措施，提高頂板巖層穩定性。在采面推進過程中應根據生產需要，對斷層影響區域內破碎煤體進行加固注漿。

3.4 瓦斯防治措施

由于在斷層影響附近，構造應力集中，同時開采的3號煤層本身瓦斯含量較高，因此，采用定向液壓鉆進對采面煤層群(DF32、DF41、DF102)發育范圍進行全覆蓋鉆探，并采用普通回轉鉆進在進、回風巷內布置順層瓦斯抽采鉆孔進行瓦斯抽采。確保在斷層群影響范圍內無瓦斯抽采空白帶，為回采工作面過斷層創造良好的環境。

4 應用效果分析

2303綜采工作面從推進至480.2 m～635 m范圍內連續揭露斷層，斷層影響區共計約155 m。綜采工作面采取文中提出的過斷層技術措施后，日均回采推進進尺保持在3.3 m，耗時55 d推進過斷層群。在工作面過斷層群期間，頂板未出現冒落事故，僅在局部范圍內煤壁出現小范圍片幫(片幫深度在0.5 m以內)。整個采面過斷層期間瓦斯涌出正常，未有瓦斯動力顯現發生。

采面采用過斷層技術措施較采用調采方式可增加煤炭開采量約30萬t，減少新掘巷道、綜采設備回撤以及安裝等費用約600萬元，經濟效益以及安全效益顯著。

5 結語

2303綜采工作面內發育的斷層給回采工作面正常生產帶來顯著的不利影響，若對斷層影響區采用跳采方式，雖然可以降低瓦斯、構造應力等不利因素對采面生產影響，但是卻存在資源浪費，影響礦井生產效益等。在回采工作面采取留頂板、割底煤過斷層方式通過斷層群，并通過控制采高、強化頂板管理以及強化斷層群影響范圍內瓦斯抽采等技術措施，使得回采工作面在過斷層群期間保持3.3 m/d的回采速度，耗時55 d推進過斷層群，取得顯著的應用效果。