大采高綜采工作面過斷層開采技術探究

摘要：對過斷層開采技術的應用，可顯著提高大采高綜采工作面的開采效益。結合煤礦工程概況，分析了大采高綜采工作面過斷層開采技術的應用背景，提出了大采高綜采工作面過斷層開采工藝，經實踐，大采高綜采工作面過斷層開采技術的應用取得顯著成效，期望給大采高綜采工作面過斷層開采提供一些技術參考。

關鍵詞：煤礦大采高綜采工作面開采工藝過斷層

中圖分類號：TD823

ExplorationofCrossingFaultMiningTechnologyforLargeMiningHeightFully-MechanizedFace

FUQingsongCHUFengLIUJiyang

JiangzhuangCoalMineofZaozhuangMining（Group）Co.，Ltd.，Zaozhuang，ShandongProvince，277519China

Abstract：TheapplicationofCrossingFaultMiningtechnologycansignificantlyimprovetheminingefficiencyoflargeminingheightfully-mechanizedminingfaces.Thisarticlecombinestheoverviewofcoalminingengineering，analyzestheapplicationbackgroundofCrossingFaultMiningtechnologyinlargeminingheightfully-mechanizedfaces，andproposestheCrossingFaultminingtechnologyinlargeminingheightfully-mechanizedfaces.Throughpractice，theapplicationofCrossingFaultMiningtechnologyinlargeminingheightfully-mechanizedfaceshasachievedsignificantresults，hopingtoprovidesometechnicalreferencesforCrossingFaultMininginlargeminingheightfully-mechanizedfaces.

KeyWords：Coalmines;Largeminingheight;Fully-mechanizedminingface;Miningprocess;Crossingfault

在我國經濟快速發展過程中，煤炭與現代工業、農業建立了日益緊密的關系，以煤炭為主的能源結構在短期內仍然無法改變。近幾年，我國愈發關注煤炭行業的健康發展，綜采工作面開采技術不斷升級。大采高綜采工作面過斷層開采技術是其中之一，科學利用過斷層開采技術，可以突破復雜地質構造局限，實現高速機械化開采。因此，探究大采高綜采工作面過斷層技術的應用具有非常突出的現實意義。

1大采高綜采工作面過斷層開采工程概況

某煤田局部厚度超出6.5m，煤田主采煤層厚度為4.9～9.1m，變化幅度較大，中間夾雜矸石，結構復雜。13-1綜采工作面標高為-623.2～-632.25m，地面標高+16.8～+21.3m，工作面走向長度為1312～1356m，傾斜長168m，面積為223621m2，煤層傾角為4.8°～12.6°，煤層可開采儲量為1525362t。

13-1綜采工作面煤層賦存波動不大，上部煤主要為塊狀、片狀，下部煤主要為粉末狀，突出危險區煤變異系數為10.8%，煤層普氏系數為0.35～1.5。工作面直接頂底板特征如表1所示。

13-1綜采工作面地質條件高度復雜，掘進期間揭露12條斷層，初采過異常區，切眼揭露5條斷層，最大走向影響長度418m。切眼揭露斷層落差為0.1～3.8m，最大傾向影響長度85m。

2大采高綜采工作面過斷層開采工藝

如圖1所示，在大采高13-1綜采工作面開采時，過斷層面易形成不均勻應力分布，在工作面多區域顯現礦壓不一，加劇工作面底板、支架、頂板系統失穩狀態，引發工作面災難性事故。基于此，綜合考慮斷層落差、煤層厚度、斷層破碎帶位置巖石硬度、綜采配套最小工作高度、煤層傾角、綜采面推進方向等因素，采用臥底過斷層并回采斷層帶后煤層，避免斷層帶區域巖體強度整體性下降引發問題。臥底過斷層期間，為防止液壓支架在自重作用下失穩，對斷層帶破碎區域進行注漿加固，并在應力集中區鋪設雙層金屬網，實現全封閉管理[1]。

2.1斷層加固

在大采高綜采工作面支架支護中，頂板破碎、冒空程度對支架和頂板之間摩擦因素具有直接影響，需對斷層進行加固[2]。一方面，對于因構造應力干擾引發工作面頂板、煤壁破碎區域，借助礦用無線電波透射儀，選擇距離運輸巷50m位置發射，開展定點探測。探測頻率為0.5MHz，回風巷探測相鄰測點之間距離為10m，確定異常影響面積。進而利用注漿加固技術，選擇雙組分合成高分子聚亞胺樹脂材料“瑪麗散”作為注漿材料，將注漿材料注入工作面破碎煤壁、破碎頂板巖層，全部充填裂隙，固結破碎煤層、巖層。注漿加固節點為工作面距離斷層面20m，雙排布置注漿孔，第一排注漿孔位于綜采工作面上部，與頂板相距0.65m，鉆孔方向與水平位置呈14.2°仰角，注漿孔穿越煤層深入頂板巖；第二排鉆孔位于工作面前方煤壁，與底板相距1.8m，鉆孔方向與水平位置呈4.5°仰角。注漿孔深度6.0m，孔徑超出42mm，注漿方式為長短孔兩側中部工作面注漿，單孔注漿量300kg，注漿壓力（11±1）MPa，封孔位置與孔口相距1.7～1.8m。

另一方面，根據液壓支架受力情況，面對地質構造帶、破碎頂板、開采高度超出4.0m的工作面頂板，鋪設5.0m×1.0m菱形編制孔金屬網，加劇支架、頂板之間摩擦因數。金屬網為礦用10#菱形網，借助10#鐵絲綁扎，雙層鋪設至煤壁，控制冒頂。同時為規避移架期間液壓支架傾倒，將防倒裝置連接座設置到支架頂梁位置，實現帶壓擦頂移架。

2.2臥底過斷層

在臥底過斷層前，根據回采方向，由下盤出發，借助采煤機正規循環模式，截割斷層上盤頂部。在開采線進入煤壁破碎帶，借助臺階式采煤方式，經采煤機下行割底煤，割底煤期間前滾筒順頂板割頂煤，后滾筒不沿底板割煤。過斷層進入上盤期間，將割煤方式轉換為“臥三刀，平三刀”方式，拉底量為每刀55～80mm，前方推進角度為2.8°俯角。回采初期，選擇距離運輸巷道150m位置起坡，割煤角度為2°起坡角，斜長為33～48m。起坡割煤期間，調整頂刀，貫徹緩慢過渡原則，限定滾筒變化幅度小于200mm。確保頂刀走勢、推進方向頂板走勢相符后，調整底刀。在采煤機牽引狀態下，將首個變坡點過渡斜長調整為8～9m，調整角度為3°，幅度為330mm；對于后續邊坡點，沿用首個變坡點過渡斜長，預先留底煤（250±50）mm。

在工作面向前推進揭露基本頂后，根據局部基本頂厚度大（0.1～8.6m）的特點，利用松動爆破代替采煤機直接截割，弱化巖層，提高工作效率。為保證煤層頂板結構穩定性，選擇傳爆能力強、安全性能高的煤礦需用三級水膠炸藥（32mm×450mm），搭配煤礦需用毫秒延期電雷管1～5段，人工串聯。炮孔選擇氣腿式巖石風動鑿巖機，鑿孔3.0m，單排布置，相鄰炮孔之間距離為0.8m，與工作面垂直，裝藥300g（裝藥系數小于0.6），利用黏土炮泥封孔（封孔系數小于0.4），在炮孔0.4m范圍內，利用1個放炮器自下而上起爆10～15個，松動巖石，為采煤機直接切割過煤層提供良好條件[3]。

2.3三機聯合穩定性控制

在大采高綜采工作面中采煤機、液壓支架、刮板輸送機在工作面回采中不穩定風險較大。

13-1綜采工作面回采期間，根據工作面布置方式，刮板輸送機下滑趨勢顯著，給予支架底座斜向下作用力，并協同液壓支架自重合力推移液壓支架，致使液壓支架與底座中心偏移，埋下整體失穩事故隱患。因此，以機尾超前機頭距離超出設計距離為節點，將1組防滑千斤頂增設到10架液壓支架底座、刮板輸送機位置，借助鏈條連接，提高綜采工作面采煤機、刮板輸送機、液壓支架的整體抗滑動能力。

13-1綜采工作面液壓支架采用φ20×2400mm螺紋鋼頂錨桿+φ20×1800mm螺紋鋼幫錨桿+φ21.6×6300mm鋼絞線錨索+φ16圓鋼頂托架+φ10圓鋼棒托架。在工作面移動液壓支架過程中，利用機尾向機頭單向移動方式代替傳統跟機移動支架方式，借助支架側向防護板及時調整支架方向。對于綜采工作面機頭前方3架液壓支架，先移動端頭第2架，充分借助防倒防滑設施，確定液壓支架頂梁、頂板穩固接觸，再移動第1架，操作與第4架相連的防倒滑千斤頂、第3架相連的頂梁防倒滑裝置。最后借助與端頭第2架一致的手段，進行第3架液壓支架移動。期間以第1架液壓支架為重點監控對象，觀測液壓支架位置，確保液壓支架在綜采工作面作業期間無向上竄動或向下滑動現象[4]。

3工作面過斷層開采技術應用效果

3.1注漿效果

綜采工作面中，大采高、過斷層疊加致使煤層開采難度加劇，安全隱患增多。前期斷裂作用區煤巖體破碎、穩定性不佳，致使13-1綜采工作面支座之間出現程度不一漏頂現象，支座工作阻力與設計要求偏差過大，初期支撐力顯著低于標準水平。最終導致支座、頂板之間接觸不佳，伴隨擠壓反應，對支撐運動與整體開采作業安全造成負面影響。應用工作面過斷層技術后，借助瑪麗散漿料對崩落區域進行填充，單個液壓支架移動速度最快為11s，平均移動速度6.6m/min，滿足采煤機正常割煤要求[5]。同時利用液壓支架維護工作面頂板，配合斷層加固，斷層抗壓能力在26～39MPa之間（如表2所示）。

由表2可知，注漿前后斷層影響區液壓支架工作壓力顯著提升，表明利用瑪麗散漿料對崩落區域進行處理，可以改善斷裂區域煤巖力學性能，滿足試開采期間最大支護阻力控制要求，從源頭規避后期開采期間出現偏幫、突頂問題。同時放頂后工作面支撐壓力呈現中間大、兩邊小的特點，活柱下縮量顯著下降，中部出現工作面煤壁片幫，但片幫深度小于0.3m，控頂區頂板完好，工作煤層強度、頂板穩定性顯著提升，未出現頂板事故。

3.2開采效果

13-1綜采工作面經臥底法安全過斷層，大頂板冒落問題發生率為0%。開采期間，支架姿態良好，工作面上支架無傾斜，取得良好過斷層效果，節省了大量生產成本。過斷層期間，生產原煤72512.8t，按1t原煤價格474元計算，獲得毛利潤約3437.11萬元，減去過斷層期間材料消耗成本費用369.25萬元、人工費用成本300萬元，共獲得凈利潤2767.86萬元。表明大采高綜采工作面過斷層開采應用效果良好。

4結語

綜上所述，大采高綜采工作面過斷層風險因素較多，易出現支架失穩、頂板垮落問題。在前期探測風險影響區的情況下，可以預先利用注漿加固技術、雙層金屬網鋪設技術，進行斷層加固。在斷層加固狀態下，科學制定臥底過斷層參數，并加強三機聯合穩定性控制，確保大采高綜采工作面安全、高效過斷層。

參考文獻

[1]王冰.大采高綜采工作面過斷層技術研究[J].煤，2022，31（6）：65-67.

[2]張建勇.綜采工作面過斷層采煤技術研究[J].能源與節能，2023（7）：130-132.

[3]郭盛.大采高綜采工作面過斷層采煤技術研究[J].礦業裝備，2023（5）：57-59.

[4]趙艷軍.采煤工作面過斷層破碎帶的治理技術實踐[J].江西煤炭科技，2024（1）：79-81.

[5]梁建兵.沿空留巷巷道煤體注漿補強支護技術研究[J].煤礦現代化，2024，33（3）：95-99.