綜放工作面過復雜地質構造帶開采技術

郭星江

（山煤國際能源集團股份有限公司煤業分公司，太原 030009）

0 引言

受多種復雜地質因素的影響，綜采工作面斷層不但影響了連續開采，導致產量不穩，且還會增大煤炭資源的損失量，無法保證工作的安全性和有效性。復雜地質綜采工作面存在多條斷層，為了減少復雜地質條件對回采工作面的影響，工作人員應優化工作面的布置工作，將切眼設計為刀把形狀，在對接回采工作面與切眼的基礎上，最大程度地降低影響，保證回采工作的安全高效進行，提高煤礦企業的經濟效益[1－2]。

綜采復雜地質力學性質較為特殊，區域斷層衍生伴隨內部發育推斷較為破碎，國內外學者提出了多種開采理論，但均具備一定的局限性與適用性[3－4]。隨著煤層的開采，圍巖應力發生較大變化，圍巖強度也明顯降低，對此，煤礦企業應在實測的基礎上，結合煤礦地質實際情況劃分構造區域，并優化巷道支護參數，以保證開采工作的順利進行[5－6]。本文基于此分析了復雜地質構造帶的基本情況，在優化布置回采巷道的基礎上，綜合應用過斷層技術、支架對接技術、“刀把”處刮板輸送機延伸技術，煤層開采全部采用凹型巷道，在降低斷裂構造帶影響的前提下，減少割巖量，確定合理的回采方案，提高回采速度，減小對綜采設備的損壞程度，在最大程度保證煤炭資源回收率的基礎上，實現安全生產，切實提高煤礦企業的經濟與社會效益。

1 煤礦地質情況

某煤礦開采區整體呈現出單斜構造，位于煤田西南部方向，東部略出現起伏結構，但整體處于平緩狀態，由東向西逐漸傾斜。由北向南的走向中，井田呈現出平緩趨勢，大部分地段為平緩，不具備較大且傾角。中部與西部地段相較陡峭，傾角較大。當前開采25#煤層，煤層平均厚度可達11.2 m，下部煤層并未開采，厚度在3～25 m范圍內。當前煤層開采工作面地面多為黃土臺地沖溝及耕地，煤層埋深可達200 m，工作面南部為二采區大巷，西部為實體煤，北部為礦界，東部為采空區。整條工作面開采走向長度為740 m，傾斜長度可達150 m。工作面整體呈現出單斜構造，由南向北走向，開采范圍為16條斷層，企業利用無線電波進行探測，劃分場強值。

根據勘測結果可知，揭露兩邊斷層分別為19 m與20 m，并伴隨多個衍生小斷層，在工作面內部斷層發育，區域斷層衍生伴隨內部發育推斷較為破碎。由測定結果可知，斷層發育良好，區域場強值出現較大衰減，但完整性較差。

2 復雜地質構造帶分析

煤層平均厚度為11.2 m，下部煤層并未得到開采，厚度約為3 m，層間平均距離為15 m。工作面順槽長度為890 m，運輸順槽掘進期間間距切眼位置長度在356～466 m范圍內。受斷層影響，掘進至25#煤層時，工作面揭露16條斷層，其中大于10 m的斷層為3條，高度落差為13 m，這3條斷裂構造對煤層回采工作影響較大，具體運輸順槽測量情況如圖1所示。

圖1 運輸順槽實測剖面

3 綜放工作面過復雜地質構造帶開采技術

3.1 優化布置回采巷道

受斷層影響，煤礦東采區原設計回采巷道不符合當前開采情況，為了最大程度地獲得煤炭資源，應改變原有巷道布置方式，增加中間巷，形成回采巷道正、反“刀把式”布置方式。

3.2 過斷層技術

開采區域受斷層因素的影響，局部開采區間出現煤壁片幫、頂板破碎等問題，斷層上盤下降，揭露了煤層頂板。為了保證作業人員安全，杜絕頂板事故問題，開采人員應合理采用以下措施：（1）工作面頂板與煤壁片幫等受斷層因素影響較大的區域，工作面在維護幫頂時應采用打錨桿方法，當工作面片幫大于0.5 m時，應停機打錨，或者利用木板等材料完成封頂工作；（2）為了避免斷層上盤下降問題，應利用開幫響炮挑棚梁方法，采用放炮方式落煤，并揭露頂板，當開幫處出現頂幫破碎問題時，工作人員在布置走向時應采用架棚方法。

3.3 改造后部刮板運輸機

煤層開采工作面的壓力較大，出現較多斷層與頂板破碎問題，為頂板支護工作帶來諸多難題，加大了液壓支架的移放難度。頂板冒落與破碎嚴重影響了煤炭的正常開采流程，在運輸煤矸時只可以采用尾部刮板機設備，延長了開采周期。尤其在開采“刀把”區域時，工作面變短，設備尾溜與維護難度加大。對此，開采人員應改造刮板運輸機，拆卸后部機尾動力驅動裝置，使刮板運輸機采用單電機驅動模式，機頭傳動，之后罩住外露鏈輪軸組，注油潤滑，拆卸機尾過渡槽，加工對接特殊搭接板與機尾架，降低尾部鏈輪高度，以便液壓支架的維護效果。

3.4 支架對接技術

回采綜采工作面時，工作人員布置“刀把”形式，對接探巷與走向方向的探巷時，應合理布置支架間距[7]。在開采傾斜探巷時，工作人員調整支架時應采用單體液壓支柱，將傾斜方向內的探巷液壓支架推拉頭全部解開，保證下移液壓支架。之后還應保證配合架缸尺寸的合理性，在對接處調整液壓支架，遵循由上至下的順序，保證靠緊。工作人員在調整支架時，應在兩部支架適當位置安裝調架缸，根據要求連接安全繩，之后連接缸體的液壓管路與液壓支架閥組，上好卡具。在連接好液壓管路與閥組后，一名工作人員在安全地點推拉缸體，緩慢移動支架閥把，另一名工作人員在安全地點觀察推拉缸的支設狀態，一旦發現安全隱患問題，應及時停壓操縱閥，合理處理。

3.5 “刀把”處刮板輸送機延伸技術

回采對接“刀把”煤層時，開采人員應先將刮板輸送機的溜尾解體，之后將中部板向后延伸，保證對接良好性。開采人員在解體溜尾時應采用手拉葫蘆方法，利用緊鏈裝置松弛刮板鏈，之后斷開刮板鏈，鎖住上下刮板鏈，避免下滑。之后根據物料的運輸操作流程，工作人員將物料運輸至指定位置，在放穩后安裝中部板。之后工作人員采用單體輔助支撐模式，連接刮板鏈的用時調整方向，并利用張緊裝置張緊刮板鏈，在將刮板鏈防鎖裝置解開后進行試運轉。

4 綜采工作面回采技術方案

4.1 方案一

工作人員調換開采面運輸順槽、回風順槽，并在25#煤層距離切眼350～470 m，確定斷層影響區域，并補打凹型巷道，保證長度為120 m。之后在斷層上盤處補打二切眼，在回采至距離切眼732 m處，工作面停止開采。

此方案中，在煤層中開采全部凹型巷道，降低斷裂構造的影響程度，減少割巖量。同時，在布置開采方案時還應采用“刀把式”結構，保證18萬t的回采煤量，回采進度較快，對綜采設備的損壞較小。但此方案需要新補約400 m的巷道。

4.2 方案二

此煤礦回采時直接沿著巷道進行，不需重新補打巷道，但這也無法保證煤層開采工作面的安全性與合理性。且工作面具備較大量的割巖量，嚴重損耗了回采設備，降低了回采速度，增大了斷層預計影響范圍[8]。

根據上述實際開采情況比較兩個開采方案，方案一中煤層開采在同一巷道內進行，多工種進行回采與掘進工作，降低開采工作面中后部對回采的影響程度。之后開采人員調換回風順槽與運輸順槽，縮短巷道的安全開采距離。同時，為了解決遠距離供電問題，部分地段還應進行擴幫。方案二中工作面煤礦割巖量為6萬t，全巖段采用松動爆破模式，嚴重損壞了回采設備，無法保證開采的安全性與合理性。

比較分析后回采工作最終采用方案一進行，保證回風順槽與運輸順槽的整體調換，擴幫原回風順槽至4.5 m。之后根據斷層影響區域，在原運輸順槽距離切眼350～470 m，重新補打凹型巷道，長度為120 m，最大程度地降低地段構造對回采的影響，減少切眼范圍內割巖量。除此之外，還應在高度為20 m的斷層上重新補打二切眼，完成回采工作后重新補打二切眼，完成拆架與移架工作，增加了進110 m的回采長度，增加了17.4 t開采煤量。

5 綜合效益分析

一方面是經濟與技術方面獲得的效益，比較分析后確定回采工作采用方案一，最大程度地降低構造段對開采工作面的影響，保證開采工作的安全性與高效性，為不規則工作面的開采工作提供技術支持，提高煤礦資源的回收率。在采用方案一開采后，煤礦多開采優質煤約17.4 t，假設煤礦單價為680元/t，成本為300元/t，則可以獲利6 612萬元。另一方面是社會效益，煤礦開采應用復雜構造技術后，可以為同類型工作面的開采工作提供依據，保證開采設計模型的合理性，在最大程度保證煤炭資源回收率的基礎上，實現了安全生產，降低了企業的生產成本，為企業帶來良好的社會效益。

6 結束語

本文分析了復雜地質條件下綜采工作面存在的開采問題，在實地勘察的基礎上，優化布置回采巷道，并綜合應用過斷層技術、支架對接技術、“刀把”處刮板輸送機延伸技術等，在比較回采巷道方案的基礎上，確定開采工作全部采用凹型巷道，降低斷裂構造的影響程度，減少割巖量。且還應采用“刀把式”回采結構，在降低綜采設備損壞度的基礎上，加快回采速度，以順利完成煤層工作的生產任務，為此后類似復雜地質條件下的綜采工作提供了更多借鑒依據。