顺槽掘进提前过断层施工方法在增加工作面可采储量中的应用

张 腾 赵启生 时 君

（山东济宁矿业集团有限公司安居煤矿，山东 济宁 272100）

1 概述

安居煤矿隶属于济宁矿业集团有限公司，为地方国有企业。安居煤矿属地质条件复杂矿井，主采煤层为3上煤，煤层赋存-820m～1800m，一采区实际揭露煤层平均厚2.5m。矿井自投产以来，井下开拓布局受构造影响较大[1]，采掘中揭露大中小型断层层出不穷，严重影响了矿井的安全生产。复杂的地质条件导致某些工作面在掘进时不得不穿过落差6～15m 左右的中型断层，而回采时为避免大面积割矸，又必须重新开切眼搬家，增加了现场工作量，同时造成了断层附近较大面积储量损失。

目前，国内常采用的过中小型断层技术方法有：后退挑顶法和后退卧底法[2]，即在掘进迎头揭露断层断面后探明断层产状，然后后退挑顶或卧底掘进过断层找煤。

地质技术人员通过分析断层延伸规律，科学合理预测、超前探明断层产状并在揭露断层前提前变坡过断层，可以使掘进过程尽可能施工硬度较小的煤层顶板，减少断层破碎带揭露宽度，在保证施工安全和提高掘进效率的同时，最大限度减少断层造成的煤炭资源储量的浪费。

2 预测断层延伸情况及检验方法

2.1 预测手段

断层是影响安居矿井开采最主要的地质构造。经过三维地震勘探精细化解释后的采区，一般对于落差15m 以上的断层大部分能够查明，设计阶段一般将其作为采区边界等排除在工作面之外，基本不会影响工作面回采。由于三维物探精度问题，顺槽掘进时经常出现一些落差6～15m 左右的中型断层，往往会对采掘造成较大影响。

地质技术人员通过总结日常地质工作规律，发现断层的延伸长度与落差基本成正比例关系，即落差大的断层延伸距离一般较长，落差小的延伸较短[3]。由此可以根据对大量实际揭露断层的延伸长度统计分析，求出比例系数K（如表1 所示）。

式中：

L-断层延伸长度，m；

H-断层落差，m。

经统计计算得出K值一般取34 ～60，平均48，该值可以作为断层延伸长度的计算标准。

表1 断层延伸规律图

2.2 检验方法

利用上述方法可以预测断层的延伸情况，一般采用的方法是结合三维物探资料及相邻巷道已揭露断层走向进行分析，定位一个小的范围（比如预计XX 导线点前50～70m 将发育该断层），当掘进靠近该范围时，提前利用钻探手段进行验证，从而可以提前查清迎头前方断层产状。

3 提前过断层方法适用断层需具备的条件

根据分析认为当符合以下三个条件时，可以通过提前过断层来实现工作面的增产增效。

（1）断层走向与两顺槽有较小夹角（一般10～35°）。

（2）断层落差在6～15m，回采时必定会出现大面积割矸，回采时必须移架搬家。

（3）经过地质技术人员的初步预测，并利用钻探手段验证，断层在前方的发育情况已经掌握。

4 提前过断层与揭露断层面后过断层效果对比

以安居煤矿1304 工作面皮带顺槽掘进过A76断层为例，轨道顺槽先开门掘进施工，掘进过程中已揭露A76 断层（落差约8m），皮带顺槽掘进比较滞后。根据断层延伸规律，预计该断层一般延伸48×8=384m，因此预计皮带顺槽将揭露该断层。采用传统的方式即揭露断层断面后过断层时，其平面图及施工剖面图如图1、图2 所示。

图1 揭露断层后起坡施工预想平面图

图2 揭露断层后起坡施工预想剖面图

为减少煤炭资源的浪费，在顺槽施工至预计断层位置提前30m 处暂停掘进，利用钻机进行超前钻探。通过钻探，查清了断层具体位置及落差（迎头前25m 为断层位置，断层落差约为9m）。

在提前查清断面位置及落差后，采用提前起坡过断层的方法，其平面图及施工剖面图见图3、图4。

图3 提前起坡过断层预想施工平面图

图4 提前起坡过断层施工预想剖面图

通过图3，可以明显观察到，采取提前过断层的施工方式，一是避免了施工硬度较大的煤层底板岩石，提高了掘进效率；二是减少了因煤层揭露断层带来的断层破碎带范围，提高了现场施工的安全系数；三是可以提前揭露断层下盘的煤层，从而可以将原停采线位置延长约16m。按120m 面宽，2.5m煤厚，1.4t/m3的容重计算，可以将工作面可采储量增大6720t。按煤价600 元/吨计算，企业可直接增收403 万元，经济效益十分可观，并能在一定程度上缓解矿井接续紧张。

5 总结

通过科学合理的预测预报手段及钻探验证方法，提前查清掘进迎头前方的断层产状，在顺槽掘进中提前变坡过断层，使掘进尽可能施工硬度较小的煤层顶板岩石，在保证施工安全和提高掘进效率的同时，最大限度减少断层造成的储量损失，为企业增收数百万元，又能适当缓解矿井接续紧张。