综采工作面强推法过断层的安全实践

王利杰

（霍州煤电集团汾河焦煤回坡底矿，山西 临汾 041699）

关健词 综采 断层 实践

煤开采过程中，在揭露断层处，容易发生冒顶事故，造成人员伤亡和财产损失。工作面要过断层时，采取的开采技术方案还直接影响到开采的成本、推进速度以及煤炭回收率等。因此在工作面推进过程中遇到断层时，必须根据现场，制定合理的过断层方案，保障煤矿开采的安全。以回坡底煤矿10-108工作面为研究对象，设计了两套过断层方案并通过技术对比确定了硬过法过断层。优化设计了开采方法与技术措施，实践结果表明该方案合理可行。

1 工作面概况

回坡底煤矿隶属于山西汾河焦煤公司，井田面积4.84km2，地质储量3211.82万t。回坡底煤矿10-108综采工作面位于西区轨道下山巷前进方向右侧，南邻10-106综采工作面（已采），北邻西区下部H=60m断层，东邻东二采区，西邻10-109回采工作面（正在开采）。该工作面煤层倾角1°～9°，平均为4.5° ，煤层厚度1.7～2.38m，平均2.11m。该面总体受褶皱构造影响，煤层呈波浪状起伏，受10-109、10-106工作面陷落柱和断层延伸的影响，为走向北东、倾向南东的单斜构造。

10-108 工作面沿煤层走向布置，长度为910m，工作面掘进准备过程中揭露的断层为 F10、F11、F12三条断层。断层F10、F11、F12走向、倾向、倾角、落差分别为123°、43°、74°、2.0m；124°、44°、84°、4.0m；25°、101°、54°、6.0m，三条均为正断层。

2 工作面过断层开采方案

基于10-108综采工作面的现场实况，结合该矿及国内相关技术，设计两套10-108工作面过断层的开采方案。

（1）方案一：跳采法。跳采法主要是采取绕过断层带的措施来进行回采。优点：不需要在三条断层影响区域内进行推进，推进速度快。缺点：需要重新开掘工作面开切眼及施工回柱绞车硐室，工程量大，工作面生产中断，断层区域内煤炭资源损失。

（2）方案二：硬过法。利用采煤机滚筒截割或爆破破岩，继而进行平推过断层。优点：操作简单，工程量小，可保障工作面正常生产，缓解接续紧张，使得断层区域内煤炭全部开采。缺点：顶板控制困难，容易发生冒顶事故，对于开采设备的损耗率较大，安全技术措施复杂。

综合方案一和方案二的优缺点，基于技术经济的比较，在该矿技术条件和开采设备允许的情况下，确定选择了方案二硬过法来过断层。

3 工作面过断层技术措施

3.1 更换截齿

10-108 工作面采煤机在进行开采时，滚削式螺旋滚筒上安装的刀型截齿割煤、扫煤效率较大，提高了开采效率。但是该刀型截齿在遇到高硬度的岩石时表现出了较差的截割效果，在过断层时将刀型截齿更换为镐型截齿。生产中选择了武穴市长江工具公司生产的JGC38/70.5-24型合金钢镐型截齿，该镐型截齿具有高效强力耐磨无火花的特征，有效克服了镐型截齿刀头脱落、齿座的定位孔间隙变大引起截齿丢失及螺旋叶片磨损的问题。

在采煤机过断层期间，通过对F10、F11、F12断层岩层硬度的分析，因生产成本因素，将刀型截齿更换为JGC38/70.5-24型镐型截齿，同时将后滚筒更换为配套采煤机镐形齿高效滚筒，采煤机切进刀方式改成中部斜切进刀，有利于采煤机在中部停留，过断层时利用后滚筒截割煤体、岩石，利用前滚筒扫底煤和矸石。

3.2 调整采高

在工作面过断层期间，将断层上、下12架范围内的采高及时调整在2.4m左右，保证支架活柱伸缩量≥500mm。在该状态下采煤机可以顺利通行，另外有效地减少了截割矸石的时间，提高了过断层的推进速度。测量部门做好工作面的测量作业，保障工作面平直度，避免过断层时发生倒架、咬架故障。

3.3 爆破落矸

对于煤层顶底板岩石硬度f≥4时，采用打眼爆破落矸的方式，主要技术参数设定如下：

（1）炮眼布置形式。采用三花眼或五花眼。

（2）爆破方法。起爆顺序，起爆分两个阶段：第一阶段，底眼起爆阶段；第二阶段，腰、顶眼起爆阶段。起爆方法，采用毫秒电雷管起爆，串联连线。每个阶段一次打眼、一次装药、一次连线起爆，一次起爆距离不得超过25m。

（3）爆破参数。① 炮眼深度：800mm；② 炮眼间距：300～700mm；炮眼排距：400～800mm；③炮眼角度，水平角度：顶眼仰角5°～10°，腰眼水平角度0°，底眼俯角10°～15°；垂直角度：65°～75°； ④ 炮眼封泥：水炮泥和粘土炮泥；⑤封泥长度：不得小于400mm；⑥ 最大装药量，煤层0.15kg/眼；岩层0.30kg/眼，同时一次起爆最大装药量不得超过15.00kg； ⑦ 炸药名称：煤矿许用安全2号炸药或煤矿许用乳化炸药；⑧ 装药方式：正向装药。

（4）爆破技术要求。工作面有两个及两个以上自由面时，在煤层及半煤岩中，最小抵抗线不得小于500mm；在岩层中，最小抵抗线不得小于300mm。浅眼装药爆破大岩块时，最小抵抗线和封泥长度都不得小于300mm。工作面只许使用1台起爆器爆破。起爆腰、顶眼时，必须分别使用1、2段毫秒电雷管；起爆底眼时，必须使用同一段毫秒电雷管。

爆破参数可根据现场条件灵活调整，但不得超出上限规定，并以爆破不崩倒支柱、不崩坏设备、不破坏顶板整体性为准。单独放顶眼、腰眼或底眼时，只许用一种雷管。上层煤软或顶板破碎时，不许顶眼爆破。

3.4 加强支护

工作面过断层期间顶部采用锚索支护，锚索采用直径21.8mm高强度低松弛钢绞线，长度6.5m，锚固剂选用CK2335树脂锚固剂2卷，Z2335树脂锚固剂3卷，配合高凸T型钢带支护。锚索间距为1.0m，每排4根锚索，排距为1.4m，锚索预紧力均为150kN。巷道两帮锚杆均采用长度2.2m、杆体直径18mm的高强左旋无纵筋螺纹钢锚杆，配以钢托板和W钢带进行封帮。帮锚杆打设间距为0.8m，排距均为0.7m。锚固剂选用22335树脂错固剂2卷，锚固力不小于64kN，螺母扭矩达到120N·m。支护断面如图1所示。

3.5 注浆加固措施

对部分顶板岩性差、破碎严重的区域进行注浆加固。使用风钻打眼，孔口尽可能挨着煤层顶板布置，孔径42 mm，孔间距3～6 m，孔深3.5 m，仰角30°～ 45°，封孔深度2.5 m，注浆深度1m，如图2所示。注浆压力2～5MPa，单孔注浆量6～10桶。通过顶板注浆加固，使破碎的顶板形成一个整体，从而可以有效控制顶板，大大减少漏顶、冒顶现象的发生，保证过断层的顺利推进。

图1 支护断面图

4 效果

针对回坡底煤矿10-108工作面过F10、F11、F12三条断层，采用了硬过法的技术方案。同时制定了详细的过断层技术措施，从更换截齿、调整采高、爆破落矸、加强支护和注浆加固措施五个方面制定了过断层的技术方案。10-108工作面经过3个月推过该断层影响区，期间操作简单、工程量小，有效地保障了工作面正常生产，缓解了接续紧张。在过断层期间，技术措施的应用，加强了顶板的控制，避免了冒顶安全事故的发生，同时也降低了开采设备的损耗率，效果明显。