厚煤层综放工作面过断层技术实践

任 浩

（西山煤电集团有限责任公司西曲矿， 山西 古交 030200）

在煤（岩）层中，由于受到构造运动而遗留下来的构造行迹，如褶曲、断层等对矿井的正常生产造成一定的影响，安全快速的通过这些地质构造是当前煤炭行业所面临的关键性问题，各个煤矿都存在这个问题。为此对西曲矿18502 工作面所采用的过断层方法与国内现有的几种破裂岩石方法进行对比，根据目前工作面存在的问题进行简单分析总结，对以后在采掘过程中遇到较大构造时提供一些宝贵意见。

1 工程概况

18502 工作面位于西曲矿南五采区辅助运输下山南侧，东部、南部、西部均为实煤区，两巷均沿煤层顶板掘进，煤层平均厚度为4.7 m。材料巷48 号点前73 m 处遇F46H=12.4 m∠30°正断层，断层落差达12.4 m。根据材料巷所揭露的断层情况，断层影响回采的走向方向长度自48 号点前33.6 m 开始,长度达120 m，倾向方向长度预计达100 m，见图1。

图1 断层剖面图

2 采掘过程通过断层的方法

2.1 掘进期间

18502 工作面材料巷巷道断面为矩形，巷宽5.6 m，巷高3.8 m，采用锚网索联合支护，巷道全长约3 200 m，于2016 年8 月份开始掘进，巷道沿8 号煤煤层顶板掘至2 682 m 时，巷道下山坡度突然增大至10°左右，按照该坡度施工33 m 后，巷道迎头出现全岩，且根据超前钻探情况显示，该处为一正断层，下盘煤层上升，因此有按照5°的上山坡度施工了16 m，继续打钻发现若按照该坡度掘进，施工的全岩巷道距离太长，施工难度较大，且为了保证无轨胶轮车的正常行驶，因此决定从迎头退至50 m 后进行挑顶，并对已经施工的巷道进行填渣，减缓巷道坡度，且能够尽快找见8 号煤层，减少了岩巷的掘进工程，具体施工坡度见图2。

图2 掘进过断层施工设计图

2.2 回采期间

采用打浅眼、少装药、放小炮的爆破震动方法预先破碎岩体，然后采煤机截割通过此断层。

2.2.1 炮眼布置

根据工作面揭露的岩体厚度，将炮眼布置形式分为三种，具体见下页图3。

当工作面揭露的岩体厚度小于0.8 m 时，在中部偏下位置打设一排炮眼，眼距0.8 m，眼深1.0 m，每10 个眼一组，一次装药，一次起爆。

当工作面揭露的岩体厚度大于0.8 m 小于1.6 m 时打设两排炮眼，采用三花眼布置方式，眼距0.8 m，眼深1.0 m，每10 个眼一组，一次装药，一次起爆。

当工作面揭露的岩体厚度大于1.6 m 时每间距0.8 m 打设一排炮眼，采用矩形布置方式，眼距0.8 m，眼深1.0 m。每4 m 为一段，先起爆中间一组掏槽眼，后起爆剩余辅助眼，分次装药分次起爆。

2.2.2 工艺流程

敲帮问顶→遮挡设备→打眼→检查瓦斯→装药→联线→检查瓦斯→爆破→检查瓦斯。

2.2.3 存在问题

1）工作面采用放一次震动炮，割煤一次，回采效率低，且该断层延伸至工作面的距离较长，需要打设的炮眼多，工人劳动强度大。

2）放震动炮是在煤壁上进行，自由面范围较大，对工作面支架及其他设备保护要求较高，会出现崩坏设备、管路及电缆等问题。

3）施工困难，由于工作面为大采高，煤层倾角较大，打设炮眼时需在运输机内搭设操作平台，打眼、装药等环节需登高作业，难度大，安全性差。

3 岩体破裂方法的研究

为了保证井下开采过程中遇断层、无炭柱等地质构造时能够安全快速的通过，目前国内主要的岩体破碎方法有以下几种。

3.1 岩体高压注水

压裂作用，高压水将钻孔周围的岩体压裂且形成的水楔可以扩大和增加岩体中的裂隙和弱面，使岩体的强度降低；软化作用，注水后能溶解顶板岩石中的胶结物和部分矿物。

该方法在国内尚处于试验阶段，试验过程中遇到的最大问题是注水压力达不到要求，当高压水遇到岩体中的裂缝或软弱面时将迅速卸压，卸压后对需要处理的岩体无法进行压裂。高压水压裂时的注水压力一般为十几到几十个兆帕，而坚硬岩体的单轴抗压强度一般大于60 MPa，有的甚至超过200 MPa，单靠这样小的压力很难将岩体压裂。

3.2 顶板静压注水

顶板静压注水是使岩体含水率提高，降低岩体的强度，使工作面回采时采煤机能够顺利通过。

但该方法应用的前提必须是岩体吸水性强，且吸水后其强度明显降低，否则不能应用，且注水时间要求非常长，因此该方法应用非常少。

3.3 浅孔循环式破碎

工作面每推进一个循环，在工作面煤壁打设一定深度的浅孔，装药进行爆破。爆破后使岩体破碎，强度变弱，便于采煤机回采。

该方法和工作面的生产相互干扰，工作面每推进一个循环就要停产进行爆破，效率低、劳动强度大，且具有一定的危险性。

3.4 深孔预裂爆破

在工作面煤壁和材料巷一定距离处打深孔，采用高威力炸药爆破，在工作面回采前，先对断层延伸至工作面的岩体进行爆破，形成人工破碎区和裂隙区，同时消弱原岩内弱面的层间结合强度。随着工作面的推进，采煤机可以有效的进行截割，提高了采煤效率，减小了采煤机滚筒截齿的磨损，降低了工人的劳动强度，可达到提前预裂伸入至工作面的岩体。

深孔预裂爆破控制坚硬顶煤、顶板方法和其他几种方法相比有很多优点：炸药起爆后压力能达到上千个兆帕，威力远远大于其他几种方法，对岩体的弱化效果最明显；深孔爆破后炸药能量的传递不具有选择性，不会顺着岩体裂缝或弱面释放能量，能够对需要弱化的坚硬岩体进行有效处理。

因此，结合西曲矿18502 工作面已经使用过断层的方法，并根据上述方法理论，建议有条件的矿井在遇到较大地质构造时可采用深孔爆破方法进行岩体破碎。

4 效果分析

18502 工作面过断层所采用的方法是目前工作面遇较小地质构造常用的一种，也是适用范围最广的一种方法之一，但仍然存在一定的局限性和施工上的困难，且操作过程中的注意事项较多，虽然能够达到破碎工作面地质构造的效果，但是效率低，人员劳动强度大，每割一循环就需要进行打眼、装药、放炮等环节。整体而言，18502 工作面过断层的过程是安全顺利的，但仍需要进一步尝试采用一些新的破碎岩石的方法，为以后的回采奠定了良好的基础。

5 结论

1）进行开采过程中经常会遇见断层、冲刷带、无炭柱等地质构造，对回采工作造成一定的影响，因此在工作面采掘时需根据矿井的地质情况提前制定合理的方案，确保安全、快速的通过。

2）对岩体的破碎是过地质构造的关键，加强采掘过程中遇地质构造的打钻管理，探明地质构造赋存的基本要素，使破碎范围更加精准，方案更加清晰，实施更加明确。

3）针对矿井各个采区的瓦斯、顶板岩性等条件，继续对目前现有的几种破碎岩体方法进行对比，对破碎的原理进行试验论证，寻找不同条件下能够达到破碎岩体的方法，为煤炭行业井下生产过地质构造提供一些必要的理论依据。