综采面快速过断层群的技术研究

李 鸿

(汾西矿业宜兴煤业，山西 孝义 032300)

断层是煤炭生产过程中常遇地质构造，当断层落差较大时一般会给采煤工作面的正常开采带来不利影响，并制约回采工作面推进速度，影响生产安全[1]。同时，由于断层影响，断层带附近煤岩体破碎、部分区域内构造应力、瓦斯等出现集聚，给回采工作面带来顶板冒落、煤壁片帮、瓦斯涌出异常等问题[2-3]。本文以山西某矿2303综采工作面煤炭开采为工程背景，对采面连续过断层群技术展开研究，以期能为其他矿井遇到类似地质构造回采问题提供一定借鉴。

1 工程概述

2303采煤工作面位于矿井2盘区，平均埋深560 m，主采3#煤，煤厚3.9 m～7.8 m，平均6.1 m，采用综采方式开采，全部垮落法管理顶板，3#煤顶底板岩性见图1。回采工作面设计开采长度1 250 m，切眼倾斜长度276 m。由于回采工作面位于一背斜区域，采面煤层呈现出东北高、西南低趋势，煤层倾角范围在2°～6°，平均4°，为近水平煤层。在采面距离切眼500 m处发育有多个小型背斜、向斜。回采范围内煤层瓦斯原始含量为10.6 m3/t，绝对瓦斯涌出量为28.69 m3/min。

2 采面内断层发育情况

2.1 回采巷道掘进揭露断层情况

2303综采工作面回采巷道掘进过程中会揭露部分开采范围内发育断层，掌握揭露的断层在回采工作面的发育形态以及断层带附近的煤、岩层破碎情况，从而可以为后续的回采工作面过断层措施制定提供参考。2303回风巷掘进过程中揭露DF32断层，进风巷在掘进过程中揭露DF41、DF102断层。

图1 3#煤顶底板岩性

2.2 物探探测

为了准确掌握回采巷道揭露的DF32、DF41以及DF102断层在回采空间内的发育情况，采用WKT无线坑透仪对开采范围内的断层延伸情况进行探测。根据回采巷道揭露断层以及物探探测到的断层发育情况，得到断层在回采工作面内的发育情况，具体见第98页图2。

回采工作面开采推进至450 m位置时会进入到坑透探测到的异常区，推进至480.2 m左右时揭露DF32断层(H=1.2 m～4.8 m，263°∠30°)、推进至550.3 m左右时揭露DF41断层(H=0.8 m～3.2 m，251°∠68°)、推进至620.8 m左右时揭露DF102断层(H=2.6 m～5.2 m，211°∠69°)。

图2 采面内断层发育情况

3 综采工作面过断层群技术

2303综采工作面在推进至480 m～620 m间连续揭露3条断层，给采面生产安全带来不利影响，以采面推进过DF32断层(H=1.2 m～2.8 m，263°∠57°)为例，对采面过断层群技术进行分析。

3.1 采高控制

当2303综采工作面推进至DF32影响区域前20 m就调整采面采高，将回采高度由6.0 m降低至4.5 m，在回采过程中采面沿着煤层底板回采。在断层影响区域以及两侧正常区域采高应平缓过渡，从而确保回采工作面过断层上、下盘时顶底板平直。

3.2 留底煤、割顶煤过断层

根据无线电坑透结果，在2303采面回采推进至480.2 m时会揭露DF32断层(逆断层)。设定断层落差值为H、断层倾角值为α，当2303综采工作面从上盘向下盘回采过程中顶、底与断层面间距分别为L1、L2，采面开始以一定倾角γ(文中取值30°)进行仰斜开采。具体的L1、L2可以通过式(1)、式(2)计算[4-5]。

L1=L2+m·tan(90°-α)

(1)

(2)

式中：h表示断层落差，m；α表示断层倾角，(°)；m表示采高，m。带入采面以及断层参数，得到L1、L2分别为11.84 m、9.24 m。

当回采工作面推进至顶底板与断层界面间距11.84m、9.24m时，调整回采工作面开采角度，通过割底煤、留顶煤方式通过该断层，具体见图3。

图3 采面过DF32断层示意图

在回采工作面过断层割矸石时，应强化对采煤机喷雾除尘装置检查，并与洒水管路连接完好，对采煤机割矸区域喷雾，降低粉尘产生量，改善作业点环境，使得回采工作面可以顺利、安全通过断层。

3.3 顶板管理

由于受到断层影响，采面顶底板以及煤层裂隙发育、破碎，在过断层期间容易出现顶板冒落、煤壁片帮等安全事故，应强化对顶板管理。在2303综采工作面过断层期间，根据采面综采设备实际情况，采取的顶板管理措施具体为：1) 综采支架工作阻力必须达到预先设定的初撑力(24 MPa),当超前支架具备拉出条件时应全部拉出，当煤壁片帮深度超过1.0 m时液压支架的前探梁必须全部伸出，必要时应降低回采工作面采高。在采面推进回采过程中，应加强质量监督管理，确保采煤机液压支架的平直度以及工作阻力[6]。

2) 为避免回采工作面过断层期间出现冒顶事故，根据采面顶板来压情况以及岩层破碎情况，可以在机头、机尾三角区内采用注浆加固措施，提高顶板岩层稳定性。在采面推进过程中应根据生产需要，对断层影响区域内破碎煤体进行加固注浆。

3.4 瓦斯防治措施

由于在断层影响附近，构造应力集中，同时开采的3号煤层本身瓦斯含量较高，因此，采用定向液压钻进对采面煤层群(DF32、DF41、DF102)发育范围进行全覆盖钻探，并采用普通回转钻进在进、回风巷内布置顺层瓦斯抽采钻孔进行瓦斯抽采。确保在断层群影响范围内无瓦斯抽采空白带，为回采工作面过断层创造良好的环境。

4 应用效果分析

2303综采工作面从推进至480.2 m～635 m范围内连续揭露断层，断层影响区共计约155 m。综采工作面采取文中提出的过断层技术措施后，日均回采推进进尺保持在3.3 m，耗时55 d推进过断层群。在工作面过断层群期间，顶板未出现冒落事故，仅在局部范围内煤壁出现小范围片帮(片帮深度在0.5 m以内)。整个采面过断层期间瓦斯涌出正常，未有瓦斯动力显现发生。

采面采用过断层技术措施较采用调采方式可增加煤炭开采量约30万t，减少新掘巷道、综采设备回撤以及安装等费用约600万元，经济效益以及安全效益显著。

5 结语

2303综采工作面内发育的断层给回采工作面正常生产带来显著的不利影响，若对断层影响区采用跳采方式，虽然可以降低瓦斯、构造应力等不利因素对采面生产影响，但是却存在资源浪费，影响矿井生产效益等。在回采工作面采取留顶板、割底煤过断层方式通过断层群，并通过控制采高、强化顶板管理以及强化断层群影响范围内瓦斯抽采等技术措施，使得回采工作面在过断层群期间保持3.3 m/d的回采速度，耗时55 d推进过断层群，取得显著的应用效果。