厚煤層工作面過復雜地質構造區技術方案研究

穆永剛 穆小剛

（1.山西鑫飛能源投資集團有限公司，山西 呂梁 033300；2.山西柳林金家莊煤業有限公司，山西 呂梁 033300）

綜采工作面在回采期間受地質構造影響比較嚴重[1-3]，有時會很大程度影響工作面的回采率以及采掘接替計劃，部分復雜地質構造也會破壞煤層的連續性和穩定性，在回采過程中會形成應力集中區和破壞帶，會導致冒頂以及煤壁片幫等[4-5]。根據山西柳林鑫飛賀昌煤業有限公司50202 綜采工作面實際揭露情況及物探結果綜合分析，構造對工作面回采影響較大，根據礦井實際情況提出了三種過復雜地質構造的回采方案，并進行了對比分析。

1 概況

1.1 50202 綜采工作面概況

50202 綜采工作面井下位置位于一水平5#煤層二采區，工作面東部為二采區南大巷，西部為該礦井田邊界，北部為閆家山村保安煤柱，南部為50204 回風順槽，上部為4#煤層采空區。工作面所處位置井下標高為+534～+621 m。

50202 綜采工作面共沿走向布置5 條巷道，分別為進風巷道、回風巷道、低位瓦斯抽采巷道、高位瓦斯抽采巷道。其中，進風巷道的主要作用是為50202工作面提供進風風流；回風巷道主要用途是排出風流，并且負責物資運輸與人員行動；低位瓦斯抽采巷道與高位瓦斯抽采巷道是在煤層的頂板與底板中，負責51104 工作面與鄰近工作面的瓦斯抽采。

1.2 50202 綜采工作面構造概況

通過對探測鉆孔的測井軌跡分析，判斷鉆孔見煤點標高，重新修改完善了構造區煤層底板等高線，預測構造影響范圍為1000～1590 m。按照工作面推進中支架傾向最大調整角度15°、推進方向最大調整角度12°，結合工作面地質剖面圖，依據工作面預測影響范圍，將構造區分為4 個區域，具體如下：

1）在1000～1200 m 范圍內，進風巷道的區域位置處于褶曲構造帶中，煤層的傾角最高可達25°以上，受地質構造的影響，煤層的走向落差幅度較大，約為32 m，同時，進風巷道的頂板與5#煤層的底板距離在2.0～8.5 m 之間。為此，工作面進風巷道的底板巖石應采取割底措施，截割范圍在50～95 m 之間，巖性主要為中粒砂巖，約占62%，其余部分為砂質泥巖。

2）在1200～1400 m 范圍內，進風巷道處于煤層的地質構造嚴重影響區域內，煤層破碎情況嚴重，褶曲的軸部位于工作面中間位置，并且發育有節理以及斷裂構造。煤層傾角平均為9°，褶曲軸部平均為18°。工作面底部的截割范圍在60～80 m 之間，巖性主要為中粒砂巖。

3）在1400～1500 m 范圍內，褶曲的軸部靠近回風巷道，煤層的傾角平均為10°，工作面的底部截割區域也逐漸向回風巷道轉移，工作面底部的截割范圍在35 m 左右，巖性主要為中粒砂巖。

4）在1500～1550 m 范圍內，工作面底部的截割區域位于回風巷道，工作面底部的截割范圍在40 m 左右，巖性主要為中粒砂巖，在工作面推進到1590 m 時，構造帶趨于穩定。

2 工作面過復雜地質構造區優化方案

按照生產銜接排布，50202 綜采工作面預計于2023 年2 月回采至構造區1050 m 處，根據構造綜合分析結果，制定以下三種過構造方案。

2.1 工作面硬過構造推進方案

1）工作面進入構造帶區域調坡

工作面在1000 m 位置時，對工作面的坡度進行調整，進風巷道端頭逐漸向5#煤層的底板巖石段嵌入，在進入構造帶區域的初始階段，進風巷道高于回風巷道17 m，工作面靠近進風巷道的5#～35#支架煤溜以8°下坡，截割底板的深度為0.5 m。

2）采用爆破技術通過構造帶

工作面推進至1050～1100 m 時，進風巷道的角度為-8°，鄰近的1#～27#支架嵌入底板巖石中，爆破鉆孔應采取5 花眼布置方式，5#～35#煤溜的角度為-6°。在推進的過程中實時采用爆破技術保障工作面可以沿煤層底板推進，并且最大限度地減少底板的截割范圍。

工作面推進到1100～1250 m 時，進風巷道的煤層角度受地質構造的影響會明顯增大，在走向方向上最高可達20°，在傾斜方向上最高可達25°。工作面在下坡的過程中，回風巷道較高，進風巷道較低，巷道的落差平均為12 m，靠近進風巷道的1#～33#支架嵌入巖石底板，5#～40#支架煤溜平均下坡角度為13°。在推進的過程中實時采用爆破技術保障工作面可以沿煤層底板推進，并且最大限度地減少底板的截割范圍。可通過采取合理的調坡角度、調整巷道的角度，保證支架的穩定性。

2.2 構造帶區域跳采

當工作面推進到1050 m 位置時拆除架巷，在工作面1250 m 的位置處開切巷道，采用跳采的方式通過200 m×220 m。在巷道施工完成后拆除內部設備，將工作面的支架搬遷到1250 m 處的巷道，同時，需要施工傾斜的高位抽采巷道，如圖1 所示。

圖1 構造區整體跳采示意圖（m）

2.3 避開構造區改小面施工繞巷跳采

當工作面推進至1050 m 處，需要開挖長度為100 m 的拆架巷，同時在1250 m 處施工一條100 m新切巷，在1330 m 處開挖長度為100 m 的繞巷，在工作面的中部開挖50202 進風順槽（新）。在回采系統形成以后，拆除工作面的機械設備，液壓支架搬遷至新的切巷，其中1/2 的工作面跳采。工作面推進過后，工作面長度恢復到全斷面長度。

圖2 避開構造區改小面施工繞巷跳采示意圖（m）

3 現場實測效果分析

3.1 經濟效益核算

三種方案過構造地區經濟效益對比：

1）硬過構造推進方案。工作面強行通過地質構造帶需要83 d，構造帶可以出煤300 800 t，按照每噸的利潤為135 元計算，收益4 060.8 萬元。費用483.32 萬元。利潤4 060.8-483.32=3 577.48 萬元。

2）工作面跳采方案：新掘一條220m 切巷，用時55 天（拆架巷與掘進施工平行作業）。傾斜高抽巷（87m）施工、掘進設備拆除、回采設備拆除及安裝用時45 天。共計用時100 天。成本費用：新開一條切巷成本費用（包括材料費、設備租賃費用和人工費）177.34 萬元，新施工一條傾斜高抽巷（或施工鉆孔）成本費用概算20 萬元，工作面末采、拆除及安裝成本費用318.54 萬元，工作面設備租賃費用498.2 萬元，原方案費用共計1014.08 萬元。采用跳采方案，減去新施工一條傾斜高抽巷和工作面末采、拆除及安裝成本費用，成本約為675.54 萬元。經濟效益：利潤：1014.08 萬元-675.54 萬元=338.54 萬元。

3）工作面繞巷跳采經濟核算。繞巷跳采需要開切一條100 m 的新巷道，所用時間為25 d；掘進一條長度為270 m 的進風巷道與100 m 的繞巷，所用時間為46 d。繞巷內的所有設備的回收與安裝時間為5 d。工作面的設備安裝與拆除的主要時間為20 d，安裝與拆除作業與掘進巷道平行作業。綜上所述，所用的總時間為76 d。成本費用：開挖一條切巷所用的費用為80.6 萬元，開挖進風巷道與繞巷所用的費用為214.6 萬元，工作面的設備拆除、安裝費144.8 萬元，租賃費用487.3 萬元，以上各類費用合計927.3 萬元。經濟效益：構造區繞巷跳采可以出煤181 800 t，每噸利潤按135 元計算，收益2 454.3萬元；費用927.3萬元；利潤2 454.3-927.3=1572萬元。

3.2 三種方案安全效益對比

硬過構造方案支架的角度調整較困難，不能保證工作面設備完全按照設計進行角度調整，對施工人員可能造成安全隱患。繞巷掘進施工本身就是巷探的一個過程，探測效果比鉆探效果更好，能夠更直觀地探明構造大小及影響范圍，在探測后采取一定治理措施，可以有效地保證安全回采。

綜上分析，采用繞巷跳采方案更加合理，既能夠取得可觀的經濟收益，安全性也較好。

4 結語

針對厚煤層綜采工作面回采期間出現復雜構造問題，為保證綜采工作面安全高效過復雜地質區，分別對跳采方案、硬過方案和繞巷跳采方案對比分析提出最優方案。通過現場實測效果分析可知，綜采工作面過褶曲構造采用繞巷跳采方案更加合理，有良好的經濟和安全效益，該技術適用于復雜地質條件厚煤層的回采方案。