15110 大采高綜采工作面過斷層技術研究

段春陽

（華陽新材料科技集團有限公司，山西 陽泉 045000）

受地質作用影響，工作面回采過程經常會遇到斷層等地質構造[1-2]。斷層的存在將在一定程度上影響工作面安全生產，同時導致工作面推進速度大幅降低[3]。當斷層落差較小時（小于工作面采高），一般可以采取直接通過的方法[4-5]。斷層落差較大時，工作面采煤機截割巖石將直接影響工作面的正常推進，同時對采煤機滾筒造成損傷，而若選擇避開斷層則會造成煤炭資源的大量損失[6]。針對寺家莊煤礦15110 大采高綜采工作面回采期間遇到DSF006斷層問題，對大采高工作面過斷層技術進行研究，研究結果對類似條件工作面的順利回采具有良好的參考價值。

1 概況

15110 工作面走向長度2090 m，傾向長度為178 m，煤層平均厚度為5.29 m，采用走向長壁大采高一次采全高綜合機械化采煤方法。工作面共安裝105 架液壓支架，其中機頭配備3 架ZYD12000-22.5/45DA 型端頭支架、2 架ZYG12000-26/56DA型過渡支架，機尾配備4 架ZYD12000-30/68D 型端頭支架，中部配備96 架ZY12000-30/68D 型大采高液壓支架，工作阻力均為12 000 kN。15110 工作面回采過程中揭露DSF006 逆斷層，影響工作面機頭至73#支架，最大落差在工作面40～51 架之間，落差最大約為12.2 m。斷層圍巖巖性為砂巖，硬度系數f 為3.8～4.6。結合公司現場管理水平、技術裝備水平、斷層預測情況、經濟效益等因素綜合考慮，最終確定硬過逆斷層方案。

2 工作面回采工藝優化

受工作面范圍內斷層影響，工作面傾斜角度將發生一定的改變，導致工作面部分區域煤層走向角度增大，同時，煤層及頂板結構較破碎，因此有必要對工作面過斷層期間的開采工藝進行優化設計。

2.1 工作面調斜

由于回采工作面布置方向與斷層方向有一定差異，為使工作面回采過程中可以最大范圍與斷層相接，需采取工作面調斜措施。調斜后，斷層對工作面布置方向的影響范圍將降至最小，有利于工作面生產期間的管理，同時在一定程度上減少煤壁片幫的發生頻率。工作面調斜角度主要由斷層走向角度確定，并在工作面推進至距斷層5 m 前完成調斜。例如工作面推進至DSF006 斷層時，由于斷層走向角度為125°，正常生產情況下機頭與機尾的傾斜角度為133°，為使工作面與斷層相接，工作面機頭推進速度應高于機尾，機頭超前機尾18～25 m。

2.2 調整采高

過斷層前，應根據斷層具體情況設計相應的工作面推進方案。圖1 為15110 工作面過斷層期間的推進方案，由圖1可知，工作面推進至距斷層面L時，根據煤層在該處的傾斜角度以及工作面開采裝備性能情況，工作面將呈一定仰角進行仰斜開采，仰采期間工作面需推進距離L的計算方式為：

圖1 工作面過斷層處

式中：H為該位置斷層落差，m；α為煤層傾角，（°）；β為工作面仰斜開采角度，（°），根據工作面裝備情況，β應小于12°。

DSF006 斷層的落差為12.5 m，工作面仰斜開采角度β按12°計算，則工作面應在距離斷層面36 m 處開始仰采開采，采取挑頂留底煤的方法推進。同時，在工作面仰采前將采高調整為4.0 m，并在仰斜開采過程中保證4.0 m 采高不變。在工作面推過斷層面后，逐漸減小仰斜角度直至恢復至正?；夭山嵌?，同時將采高調整至原始采高。

3 過斷層技術措施

3.1 過斷層割煤方案

受斷層影響，其附近煤層及頂底板巖層一般十分破碎，工作面推進過程中極易發生片幫、冒頂等事故。大量的生產實踐表明，工作面在斷層區域割煤時，煤壁較為雜亂，這導致液壓支架護幫板無法與煤壁充分接觸，致使難以對煤壁形成穩定的控制，進而導致片幫、冒頂等事故?；诖?，根據現場實際生產情況，提出不在斷層區域進刀割煤的單向割煤工藝，通過將進刀位置提前至斷層區以外的方法實現工作面的順利割煤，工藝流程如圖2。

圖2 斷層影響區域進刀及割煤方式

割煤流程為：

（1）在工作面機頭向工作面機尾割煤過程中，當即將揭露斷層時，斷層區域外及時移架支護工作面頂板，而斷層區域內不推移刮板輸送機及支架；

（2）采煤機從工作面機尾向機頭運行時，在斷層區域跑空刀，當采煤機運行至斷層區域以外時，采煤機開始斜切進刀，此時推移斷層區域內的刮板輸送機與液壓支架支護頂板，然后調換采煤機滾筒，反向割煤；

（3）當采煤機割完斷層區域的煤體后，調換滾筒方向，從工作面機尾向機頭運行，在斷層區域跑空刀，到達斷層區域外時正常割煤直至完成一個割煤循環。

3.2 工作面松動爆破切割矸石

工作面過斷層期間，采煤機需要對煤層頂底板巖石進行截割，而斷層區巖石強度要大于煤體，這將對采煤機滾筒造成損傷。因此，需要對工作面范圍內硬度較大（f＞3）的巖石進行松動爆破，然后使用采煤機截割過斷層。

工作面炮孔布置方式如圖3，共布置炮孔4 排，炮孔間排距為1.0 m×0.9 m，炮孔深度為1.5 m。最上排炮孔距工作面頂板距離為0.8 m，炮孔軸線與水平面夾角為5°～10°，炮孔向上傾斜，最下排炮孔距工作面底板距離為0.5 m，炮孔軸線與水平面夾角為10°～15°，炮孔向下傾斜，中間兩排炮孔軸線垂直于煤壁。

圖3 爆破炮孔布置圖

工作面松動爆破后，采煤機再進行截割，截割深度為0.8 m。每次爆破后采煤機共截割3 刀，截割期間采煤機牽引速度保持在5 m/min。當完成3刀截割后，再進行下一循環預裂爆破，直至工作面通過斷層區域。

3.3 過斷層期間頂板控制措施

為確保過斷層期間工作面頂板不出現冒頂等事故，現場生產中應對液壓支架的支護性能進行嚴格控制。工作面端頭支架應及時接頂，并支護好側護板，防止支架出現倒架、咬架等問題。移架過程應盡可能減少頂板沉降量，采用帶壓移架方式，快速移動支架支護頂板。若工作面松動爆破后出現冒頂等問題，支架應及時伸出伸縮梁支護工作面頂板。

3.4 效果分析

采取上述技術后，過斷層期間工作面推進效率顯著提升，相比以往過斷層方法，工作面推進速度提升1 倍以上。同時，工作面過斷層期間，未出現冒頂、片幫等事故。這表明該技術方案取得了良好的應用效果，能夠有效保證工作面安全、快速通過斷層。

4 結論

通過對大采高工作面過大型斷層技術進行研究，提出了一整套過斷層期間的技術措施。在回采工藝方面，采用工作面調斜與調整采高進行仰斜開采的工藝有效降低了工作面過斷層的技術難度；同時，通過采用松動爆破等技術對斷層巖石進行爆破弱化，避免了采煤機滾筒受損，提高了工作面的推進速度。