綜采工作面過斷層回采工藝研究

王雁南

（山西煤炭進出口集團左云長春興煤業有限公司，山西 大同 037100）

山西煤炭進出口集團左云長春興煤業有限公司301工作面設計走向長度為2 400 m，傾向長度為230m，工作面回采煤層為22號層，平均厚度為9.76m，平均傾角為2°。22號層含多層夾矸，其中位于煤層3.5~5.4 m處存在一層以泥巖為主的混合巖層，局部為粗砂巖，巖體平均厚度為1.6 m，巖體抗壓強度為25~35 MPa。301工作面以該層巖體為頂板進行回采，截至目前工作面已回采540 m。

301工作面回采至560 m處預計揭露一條F6正斷層，斷層落差為1.8 m，傾角為52°，斷層與工作面斜交角度為3°，工作面機尾處預先揭露斷層。通過對頭尾順槽觀察發現，該斷層預計貫穿整個工作面，局部存在次生斷層，F6斷層對工作面回采影響較大。根據工作面過325 m處F5斷層期間頂板、煤壁的受壓情況分析，預計工作面在過F6斷層時會出現頂板破碎嚴重、煤壁片幫，且局部區域出現冒落現象。所以為了保證工作面安全快速過F6斷層，必須采取合理有效的回采方案。

1 過F6斷層回采方案對比分析

通過技術研究對301工作面過F6斷層提出了三種回采方案，并對回采方案優缺點進行對比分析。

1）方案一：在離斷層區域25 m處重新施工一條切巷，當工作面回采至斷層區域附近時停止前進，并將所有綜采設備重新搬運到切巷，當切巷內的綜采設備重新布置完畢后繼續進行回采作業。由于該方案需要在斷層附近內重新施工一條切巷，導致工作面回采進度暫緩，工作面搬家又會浪費較多時間，按照施工規劃至少需要80天才能全部完成搬家作業，而且開辟切巷重新布置工作面進行回采又會造成煤柱的浪費，在采空區遺留大量未開采煤柱。

2）方案二：當綜采工作面推進到540 m后留頂煤并向下12°的俯角進行推進，繼續推進15 m后揭露斷層上盤煤層頂底板，此時需重新調整推進角度進行近水平回采。按照該方法進行開采時會導致工作面預留大量的三角頂煤，而且由于22號煤層的煤質比較松軟，頂板及煤壁破碎較嚴重，開采之后的支護難度較大。

3）方案三：當綜采工作面揭露斷層后，留頂煤并向下7°的俯角進行推進，繼續推進15 m后揭露斷層上盤煤層頂底板后，重新調整推進角度進行近水平回采。按照該方法進行開采時由于工作面需經過硬度較大的巖石，會對采煤機的滾筒造成較大的破壞，但是其通過速度較快且煤柱浪費率低，所以決定采用該方法過F6斷層。

2 爆破法過斷層

根據地質資料，揭露的斷層帶與工作面的夾角為30°，當綜采工作面推進到560 m處，工作面的尾部會首先與斷層帶接觸，此時工作面頭部與斷層帶的距離為8 m，如采用下行開采需對機頭段預留頂煤。因此技術人員采用以下方式來避免工作面偽斜回采：

1）當綜采工作面推進到560 m處，工作面的尾部會首先與斷層帶接觸，經測量該處斷層帶的落差為1.8 m，此時工作面尾部的支架可以采用邁步式爆破法進行開采，而其他支架仍然采用采煤機回采。

2）邁步式爆破法的具體施工工藝如下：首先要垂直工作面方向成邁步式施工兩排深度為1.0 m的爆破孔，在距離頂板1.0 m的位置施工第1排炮孔，在距離頂板3.0 m的位置施工第2排炮孔，相鄰炮孔之間的距離為2.0 m，如圖1所示。

圖1 301工作面過斷層松動爆破孔布置示意圖（mm）

3）當爆破孔施工完畢后，為每個爆破孔正向裝入炸藥及雷管，并用水炮泥對爆破孔進行封堵，并確保封孔長度大于0.5 m；采用串聯邁步方式將每個炮孔連接，每次同時起爆的炮孔數量最多為6個。

4）按照這種方式進行回采，當工作面前部支架揭露斷層帶后，每揭露2.0 m斷層需要施工一排爆破孔。

5）當綜采工作面機頭揭露斷層帶后，機尾已經經過斷層8 m，此時需采用爆破回采的方式下山回采，繼續推進15 m后揭露斷層上盤煤層頂底板，重新調整推進角度近水平回采。

6）在工作面下山回采前8 m的位置，需平行下山角度成邁步式施工兩排斜角爆破孔，爆破孔的規格與之前爆破孔一致；隨著綜采工作面的繼續推進，下盤頂巖石層厚度會越來越小，當厚度小于1.0 m時繼續施工一排爆破孔。

7）由于該斷層帶的落差較大，在回采期間受采動影響及圍巖構造應力的作用下工作面頂板會出現破碎的情況，因此應將采煤機的切割深度保持在0.5m，并及時帶壓擦頂移動支架。

8）由于斷層帶的煤質比較松軟，工作面在揭露斷層帶后會遇到煤壁大面積片幫的情況，為了避免煤壁片幫而造成大面積空頂，需在煤壁處施工一排3.0 m長的錨桿，相鄰兩根錨桿的距離控制在1.5 m。

9）進行爆破作業后會出現不平整的頂板巖石層，這會造成后期支架在前移時頂梁受到損傷，而且還會影響支架的初撐力。因此可以將兩根半圓木安裝在頂梁上方并通過帶壓移架的方式進行推進。

3 實際應用效果分析

1）采用松動爆破法過斷層僅需要7 d的時間，且回采速度提高至4.5 m/d，與其他方案相比不僅能夠節約較多的時間，還能夠提高工作面的回采率，大大降低了工作面的頂板支護費用。

2）根據計算對比采用方案一新開切巷回采，產量可以提升30萬t，而且避免了搬家帶來的額外工作量，單支付費用就能降低56萬元。采用在支架頂頂梁上安裝半圓木的方式，有效地避免了爆破造成的不平整頂板對支架的破壞，大大提高了支架的使用壽命，確保了工作面人員的生命安全。

3）工作面在經過斷層帶期間采用爆破法共破巖2 700 m3，采煤機的滾筒及工作面的支架未受到損傷，后期維護的費用也大大降低。

4 結語

山西煤炭進出口集團左云長春興煤業有限公司對301工作面過F6斷層時回采方案進行合理分析研究，提出了松動爆破俯斜回采工藝。通過實際應用來看，該回采工藝有效避免了傳統回采時破巖量大、設備損壞嚴重、煤柱損失量大等技術難題，大大提高了工作面過斷層回采速度，保障了工作面回采安全，取得了顯著的安全及經濟效益。