綜采工作面快速過斷層技術探討

張軍安

（汾西礦業集團水峪煤業，山西 孝義 032300）

引言

斷層是綜采工作面回采過程中經常面臨的問題，為減小斷層給回采造成的不利影響，一方面要保證安全過斷層，另一方面則要盡可能提高過斷層速度。這就要求在實際施工中根據工作面及其斷層具體情況，制定合理有效的施工技術。

1 工作面基本情況

某煤礦工作面為單一走向，長度為1 656 m，所處煤層的平均厚度為1.72 m，屬于非突出煤層范疇，平均傾角為12°。該工作面在回采過程中需要從傾向正斷層中通過，該斷層的落差在3.7 m～6.0 m 范圍內，影響范圍相對較大，基本從整個工作面上橫向穿過。該煤層的下方還有一個煤層，其平均法向距離為41 m，平均厚度為2.6 m。

斷層西側80 m 范圍內的頂板以細砂巖為主，呈淺灰色，塊狀構造，有水平層理分布，厚度在4.1 m～6.0 m 范圍內。斷層東側頂板以泥巖為主，塊狀構造，厚度在0.7 m～4.8 m 范圍內。斷層附近底板呈深灰色，泥質結構，厚度在2.0 m～9.7 m 范圍內，平均厚度為5.4 m。

巖層巖性為：細砂巖，累計厚度3.5 m，真實厚度3.5 m，呈淺灰色，以石英與長石為主要成分，此外還含有暗色礦物質；泥巖，累計厚度13.4 m，真實厚度9.9 m，呈深灰色，致密塊狀，泥質結構，有隱水平層理發育，含粉砂質；煤線，累計厚度13.6 m，真實厚度0.2 m；泥巖細砂巖，累計厚度19.2 m，真實厚度5.6 m，呈深灰色，致密塊狀，泥質結構，斷口相對平整，以石英與長石為主要成分，此外還含有暗色礦物質；煤線，累計厚度19.4 m，真實厚度0.2 m；泥巖，累計厚度24.7 m，真實厚度5.3 m，呈深灰色，致密塊狀，泥質結構，有隱水平層理發育，且含有植物化石碎片；煤線，累計厚度24.9 m，真實厚度0.2 m；泥巖，累計厚度29.8 m，真實厚度4.9 m，呈灰色至深灰色，含大量粉砂，且下部含有菱鐵質鮞粒，密集狀；煤層，累計厚度30.6 m，真實厚度0.8 m，呈黑色，有輕微的玻璃光澤，粉末狀；細砂巖，累計厚度36.8 m，真實厚度6.2 m，呈淺灰色，中、細粒結構，塊狀構造；煤層，累計厚度38.5 m，真實厚度1.72 m，呈黑色，有玻璃光澤，塊狀，內部裂隙發育；泥巖，累計厚度43.9 m，真實厚度5.4 m，呈深灰色，致密塊狀，泥質結構，下部發育緩波狀水平方向層理；細砂巖，累計厚度56.4 m，真實厚度12.5 m，呈灰色至灰白色，以石英和長石為主要成分，且含有暗色礦物質。

2 施工方案

根據工作面及斷層具體情況，初步制定以下兩套施工方案：

方案一：在斷層以外30 m 處進行跳壓切眼施工，在工作面的施工到達與斷面相距20 m 的位置后收作，將工作面的所有設備均倒轉到跳壓切眼，預留50 m 的斷層煤柱，將整個斷層跳過。

方案二：該斷層從機頭開始揭露逐步攆向風巷直至風巷結束，從機巷提前斷層面10 m 進行挑頂與飄車，在工作面開始揭露下部煤層后沿煤層進行跟頂施工，斷面實際影響范圍的走向長度在50 m 左右[1]。

通過對以上兩套方案的綜合對比可知：在跳采過程中，需在工作面分別進行一次設備安裝和拆除，總工期在35 d 左右，在跳壓期間基本沒有產量，且安全生產管理難度相對較大；跳采煤柱的總面積在9 539 m2左右，平均厚度為1.72 m，使煤層少回收近2.3 萬t，此外還會使下層煤跳采過程中瓦斯治理現場工程量大幅增加；采用直推斷層的方法能從根本上解決上述問題，但存在從斷層中經過時設備可能產生磨損和需要在工作面進行放炮，對放炮管理有較高要求的缺點。

經綜合考慮，最終選擇方案二進行施工。

3 施工技術

3.1 施工方法

1）將機巷回采到與斷層表面相距10 m 的位置后，跟隨機巷實施挑頂與飄車，從機頭首架開始不斷向上將輸送機和支架均襯成合適的角度。斷層從機巷開始不斷向風巷中延伸，落差不斷增加。將風巷推到與斷層表面相距20 m 的位置后，進行挑頂與飄車。在推進完成1 刀后，對挑頂飄車按照150 mm～250 mm 的范圍控制，仰采角度則控制在12°～15°范圍內，保證工作面順利從整個斷層中通過。

2）工作面不斷向前推進時，如果揭露出來的斷層巖石質地相對較軟，則可借助采煤機進行直接截割。其具體工藝流程為：采用采煤機進行破巖和出貨—推移溜槽—移動支架。而如果揭露出來的斷層巖石質地相對較硬，則可先通過放炮使其震動和預碎，然后再采用采煤機進行截底與出貨，此時采煤機的操作人員應注意將底板襯平，若底板未能達到平整，應使采煤機返回至初始位置重新進行截底。其具體工藝流程為：打眼放炮—采用采煤機進行截底與出貨—推移溜槽—移動支架—經檢查無誤后開始下一道工序[2]。

3.2 放炮管理

1）當巖層的層厚小于1.2 m 時，按照單排進行炮眼布置，相鄰炮眼之間的距離控制在0.6 m～0.8 m 范圍內；當巖層的層厚超過1.2 m 時，需按照三花眼或者是五花眼進行炮眼布置。如果頂板狀況良好，則炮眼的深度可以達到1.6 m～1.8 m 范圍內，每次進刀3次，而如果頂板狀況較差，則炮眼的深度應嚴格按照1.0 m 進行控制，且每次只能進刀1 次。對頂、底眼角度應在充分考慮現場挑頂飄車狀況的基礎上加以合理控制。

2）在放炮開始前，應先在支架的頂梁表面懸掛兩層廢舊的輸送帶，同時將工字鋼放在支架的頂梁和電纜槽之間，將其作為可靠的支撐結構，避免爆破過程中矸石將支架立柱或其它液壓元件崩壞。其中，每根輸送帶的長度為3.0 m，掛設前在周邊進行打孔，以便于現場固定，防止脫落。

3）考慮到工作面放炮過程中雷管有很長的連線距離，使電阻值較大，故每次放炮的數量不能超出20 發，并且要有150 m 以上的警戒距離。

3.3 安全保證措施

1）在截煤的過程中，采煤機操作人員應借助遙控機進行遠程操作與控制，采用單向截割方式，按照從上到下的順序移動支架，以此避免片幫或滾矸發生，造成傷人事故。

2）因從斷層中通過的過程中屬于大角度仰采，所以要在行人道與溜槽道之間增設擋矸網，以免機道范圍內的矸石滾出造成傷人事故[3]。

3）施工中重視并做好設備檢修，保證工程質量。當發現設備損壞時，應立即檢修，更換已經損壞的備件，確保設備始終處在正常運轉狀態。在巖石段施工中，需將采高控制在1.8 m 以內，以此在減少截矸量的同時保證煤質。在工作面施工質量管理過程中切實加強三直兩平檢查與保證[4]。

4）當煤壁發生片幫或頂板狀況較差時，應立即使用半圓木或者是工字鋼與液壓單體良好配合，對頂板進行有效的超前加固，以此避免冒頂發生[5]。

4 施工效果

1）通過對現場勞動組合的優化，只使用了20 d的時間就從斷層中通過，達到了良好的安全與效益。

2）在安全方面，工作面直接從斷層中推過，避免了大量安全與拆卸，規避了在安裝與拆卸過程中可能產生的安全隱患。

3）在經濟方面，采用直接從斷層上推過的方法能多回收2.3 萬t 左右的煤炭；采用直接從斷層上推過的方法無需搭設大棚，減少相關材料消耗；采用跳壓的方法施工時，工期在35 d 左右，而采用直接從斷層上推過的方法后能減少近50%的人工費。

5 結語

目前該工作面已經順利從斷層上通過，不僅過程安全，而且推進快速，能從根本上解決由于跳采導致的停采與資源丟失，以及下覆煤層沒有實施保護層開采造成的瓦斯治理等問題，能為下覆煤層的順利開采奠定良好基礎。但需要注意，在工作面布置過程中沒有考慮到該斷層可能造成的影響，導致機風巷標高產生變化，使兩巷的落差增大，增加了工作面的長度，在機尾出現長度為2.0 m 左右的人工棚，影響到實際的生產安全，對此還需在日后工作中加以改進。但總的來說以上過斷層方案合理可行，值得類似綜采工作面參考借鑒。