大采高综采工作面回采过断层技术研究

张卫强

(山西新元煤炭有限责任公司，山西 寿阳 045400)

0 引言

在大采高工作面进行回采时经常会出现采面突然降低的情况，经常有顶板漏矸的现象出现。有时候断层的出现还会受到其位置的影响，当断层的落差较大时，穿过断层的破裂带时会由于采高差异较大的原因而使工作面的支护存在较大的难题，而且过断层工艺还会受到断层倾角、赋存条件等多方面的影响。当矿井所处的区域较为特殊时，断层的变化将会变得更加复杂，当穿过多个断层时也会受到地质因素的影响，最终导致整个矿井的回采率受到不同程度的影响。关于过断层的处理方式大多选择重开切眼及缩短巷道的长度。基于此，为实现整个矿井的生产效率及回采率的提升，需要对现阶段的回采方案进行进一步的优化[1]。

1 过断层方法

目标矿井现阶段的额主采煤层煤质为亮煤，整体赋存结构较为稳定，其中存在一厚度为0.03m的矸石层，整个目标煤层的平均厚度为2.5m，直接底主要为细砂岩，直接顶主要为砂质泥岩，厚度分别为2m及2.7m，整个工作面属于近水平煤层。采空区的处理方式为全部垮落法，采煤方法为双滚筒采煤法，顶板的支护方式为液压支架支护。目前主采煤层的工作面长度为250m，煤层倾角平均为5°，高度差为2.5m。长期掘进过程中经常会受到诸多外界环境因素的影响，包括地壳运动及风化等因素的影响。断层周边的煤层梯度变化较为明显，最终体现在工作面推进方向上有一定的提高。但由于整体开采坡度较为平缓，机头位置较高，煤体容易被外界因素破坏。为进一步有效越过断层，需要对采高进行合理调整，最终优化整体回采工艺，实现矿井顶板的控制。

(1)采高调整

a、工作面斜度调节。在矿井巷道的回采过程中，断层与工作面之间的存在的相互接触面，容易出现巷道与煤壁之间的片帮。因此，在出现断层之前需要对巷道的斜度进行预先调整。具体调斜的方法为：当预探出现断层时需要在已知巷道倾角的前提下，了解其前后夹角，在遇到断层约为5m的范围内，一般应当保证机头相比于机尾速度慢约15m。

b、过断层调整采高。关于过断层开采厚度的调整需要依据以下几个参数进行调整：第一，煤层赋存性质；第二，断层所处地质环境；第三，断层的特征，包含倾角、产状、断层间距等；第四，巷道周边的掘进情况。针对上述几个参数的改进措施包含：第一，在距离开采倾斜角的位置约为4m位置影响范围内开始巷道的起坡；第二，在进行巷道起坡过断层时以采高4m作为起点；第三，为保证巷道的有效推进，应当从底板位置开始巷道的推进，当开采近煤层顶板是应当进行适当留顶煤；第四，当沿巷道进行后续的推进作业时应当尽量保证支架处于平直推进的状态；第五，当越过横断面后应当保证采高不变，随掘进而逐渐降低采高；第六，当煤层顶板具有煤矸石时应当沿煤层顶板水平推进，采用卧底法时需要逐渐恢复采高。

(2)过断层回采

a、采煤机割煤

综合分析近年来的矿井事故，常见的事故原因为冒顶及片帮。产生上述两种事故的主要原因为：首先，断层带很容易出现风化等特殊情况，煤体较为松软，在回采时很容易出现煤体破碎的情况；其次，当巷道掘进至断层面时也会使事故的发生率明显提升。关于上述两种问题的处理方式如下：可以在断层区域不割煤，同时，当通过断层时，采煤机应当减速，缓慢切割煤矸石，当遇到较难切割的煤矸石时应当停止作业，不可以强硬破碎。遇到坚硬矸石的处理方式为：采煤机进刀尾部开始切割。当进入故障区域时应当在暴露面出现之前及时移动采煤机机头，当采煤机尾部进入到煤层时应当及时推进刮板输送机，采煤机逐渐采用滚筒进行割煤，并在截割过程中及时进行相应的支护工作。当上述操作均完成后需要采煤机回空刀，随后进行后续的相关作业，靠近85m位置处时停止截割完成一个作业循环。

b、松动爆破除矸

当采煤机截割的岩石硬度较大时很可能会对采煤机的截齿造成不同程度的损伤，这种情况下需要对岩体进行预先松动爆破，随后进行采煤机的相关截割操作。具体的爆破流程为：顶部敲击、支护、钻孔爆破、割煤、支架支护、继续割煤。

2 顶板控制方式

在过断层的过程中支架不会出现故障，能够长时间保持高速运转的状态。当支护从开始位置过渡到较高的位置是需要支架能够与顶底板良好接触。支护过程中需要保证支架的初撑力大于30MPa，对应的水泵压力值应当大于35MPa，这一压力值能够有效保证支架的支护效果。在移架过程中可以通过降低移架速度以实现支架摩擦力的减小，进而避免对采煤机及顶板造成伤害，当完成支护作业时应当及时移除支架并伸出护帮板。对于巷道顶板的处理应当及时处理浮煤，开采高度应当大于4m，从而有效防止顶板被破坏，有效实现了顶板及顶梁的联合控制。

3 实践效果

(1)通过合理选择采高及顶板的合理控制，能够有效减少工作面的搬家次数，节约了矿井生产成本，有效实现了矿井的连续高效开采。通过综合分析已有的综合机械化操作可知，不同方案具有其独立优势，可以通过改变截割高度以提高巷道回采率，同时有效避免设备的损伤；顶板控制方案目前仍较不理想，常会出现漏矸等情况，特别是一些落差较大的断层需要进行工作面的搬家，结合上述各方面影响因素以选择最为合理的支护及开采方案。

(2)为降低矿井事故发生率，需要在保证矿井支护效果的前提下严格管控过断层期间的采掘高度，对采掘期间的顶板加强管理，从而避免矸石的掉落以影响正常的作业。