综采工作面过断层采煤技术实践

＊张晓波

（太原煤炭气化（集团）有限责任公司 山西 030024）

引言

作为传统的煤炭生产国，我国在工作面断层的技术相对成熟，其煤炭能源具有很大程度的发展前景。尽管受到全球煤炭资源市场疲软和产能减少等影响，导致煤炭生产虽然有所下降，但其煤炭产量仍达到约10.3亿吨，从我国煤炭生产的实际情况看，地质条件通常是复杂度较大的。综采工作面断层是采矿和巷道开挖中最明显的地质结构，它的存在很容易使周围的碎石层堆积大量的水和气体，当采掘面经过这些地方时，如果未能及时采取有效的预防措施，很容易导致工作面上发生煤矿事故，例如瓦斯涌出、泄漏等，因此，应加强技术人员安全意识，实现矿山的长期、安全、高效生产。

1.工作面过断层常用方法概述

（1）采高调整法。在综采工作面采用采高调整法时，主要为了保留断层上壁和下壁之间的煤层厚度，该程度高于液压支架的下限，其功能目的是尽可能避免煤矿开采作业中出现的故障，并保证生产效率和安全性。使用此方法之前，应对要通过的断层及其各种参数进行详细的地质调查，以确保适当范围内内部降低到合理的支撑高度，调整高度的主要优点是该过程易于操作，产生的煤石率低且有利于维护工作台面设备；缺点是当工作面通过断层时，部分底部煤将流失。

采高调整法在应用中首先需要准确把握断层错位及其走向；其次应调整好切割高度，根据故障及其与采矿机的关系保留顶板，采用切底、切顶的方法结合实践，最后要特别注意的是，当综采工作面遇到比较特殊的故障时，企业可以抬高工作面，使采煤在较低级别的情况下进行[1]。

（2）硬过平推法。当工作面前进时，遇到的断层下降是有限的，但是一旦出现不能通过采矿实现高调整时，可以使用硬过平推的方法。在使用中，应根据实际测量结果提前测出故障的距离，从而保证断层数据在岩层上执行破岩操作，但是由于采煤机受力有限会破坏岩石，因此该方法仅适用于工作面的顶板和底板。这种方法的优点是过程简单易行；它的缺点是采煤机镐的严重磨损以及频繁的更换，导致工作面的顶部难以管理等问题。

（3）卧底挑顶法。卧底挑顶法在本质上是一种平推和硬传递的表现，在特定操作过程中，工作面向前切开，低于断层后面的直接层，然后选择顶级方法。在这种情况下，应采用抬底的方法，具体来说，卧底挑顶法是依靠风镐或爆破等待采煤机以其他方式穿过岩石，从而进行工作面的跨断层操作。在实际使用中，施工人员应首先检查故障爆破孔的质量，选择分配方法、相关参数和爆破度，该方法的使用对工作面开采范围有一定影响。卧底挑顶法的优点是有效避免了过多的采矿设备，从而节省成本；但缺点是施工过程比较复杂琐碎，施工困难，并且实际施工速度慢。

（4）跳采法。跳采法通常称为旁路法，主要用于故障掉落和影响范围较大时，可以分为全部跳过和有两个部分跳过，后者通常需要大量的工程，并且对采矿有负面影响，应用较少；前者通过尺寸的变化相互联系，有助于改善煤层的采收率，但是中间车道的建设、通风系统及相关设备的连接使其成为需要重点关注的部分。同时应根据断层的位置，将采煤工作面局部移动或调整之后，挖掘一条新的巷道进行煤矿开采。跳采法的具体用途是，当倾斜的交点与综采工作面倾斜时，断层落差变大，难以通过，也可以根据现场环境挖出一条与故障平行的新车道，需要确定路段材料和运输是否存在良好的联系，同时除了密切关注故障情况外，还应适当加强支持，以有效地保障煤矿安全和经济。

（5）综合法。煤炭开采技术具有综合特点，在实际工作中经常会受到许多因素的影响，并阻碍煤矿的发展，因此有必要综合考虑各种情况，并根据当地情况采取措施，而不是使用相同方法贯穿整个煤矿开采过程。方法太单一会导致煤炭加工过程中存在许多漏洞，因此，为了防止不必要的问题出现，跨断层开采煤炭时应采用综合方法。

2.综采工作面过断层时可用的其他辅助措施

综采工作面过断层时可用的其他辅助措施包括：其一，应该适当的将整个工作面的方向进行调整，这样可以有效改善工作面与故障之间的直接接触夹角，但是需要注意的是，随着工作面角度的调整，长度也会在一定程度上变化，因此，在实际施工过程中，必须仔细选择更改内容[2]。其二，当工作面穿过断层时，支架的俯仰角应小于14°，故应基于断层的结构，综合判断施工的性质和工作面的屋顶岩性，以确定是否选择顶部或底部挖掘或同时挖掘两者，以便有效地保持，同时，尽可能减少碎石的数量。其三，过断层时，应预先降低采矿高度，从而提高了支撑的稳定性，减少碎石操作的数量，且支柱还应保留一定的扩张幅度，以确保过断层时，支架不会被压碎。其四，工作面过断层时，应确定是否需要挖掘某个局部区域底部或保持底部的构造，以确保整体变化。其五，过断层时应进行外部运输，盾构型比支撑型更容易适应断裂带，故选择时需对地区进行科学合理的分析。

3.工程概述与工作面过断层方案

（1）工程概述。本工程的矿山工作面位于矿山北翼，其平均厚度为3.6m；倾斜角度为6°；工作面总长度为1050m；采矿长度为160m；假屋顶约0.8m厚碳质泥岩；直接屋顶是粉砂岩，平均厚度约为5m；中间关节发育良好[3]。将整个工作面切割为100m的距离，在断层的情况下，断层下降为7.2m，属于下降幅度较大的断层，它极大程度的影响了采矿工作正常进行。

（2）工作面过断层施工方案。鉴于断层跌落较大，穿过该断层的工作面不适合采矿，需使用调整采矿高度的方法，再加上上层屋顶的岩层（砂岩）岩体强度高，用平推硬通方法很难通过故障，所以，经考虑后选择了两个选项：其一是爆破和地下掩护以过断层；其二是跳采法，经过比较分析，最终采用跳采法。工作面开采水平的确定，主要根据施工现场实际条件与地质数据相结合，在施工期间应注意：①水平调节原理：当工作面底部超过1.0m时悬挂板按操作规程要求进行。②调整开采范围时，每把刀的顶部或卧底不得超过100mm。

（3）工作面过断层安全技术措施。工作面过断层的安全技术措施共有以下几点需要注意：①在故障期间，准备碰撞楔子、金属网、单个液压支柱、铲子等，用于屋顶下降的各种工具和材料。②预先支撑的单个液压支柱必须有足够的支撑空间，确保山体坚固。③刮板输送机的机头和机尾发生故障时，应预先处理三角形区域的屋顶，在故障期间，下端和尾道撤退前，必须检查后路的单个液压支柱，当预设的定力不足时，需进行第二次注油，以确保尾部回撤点后面的道路安全。④严格按照操作规程进行操作。⑤采煤通过裂缝区时必须控制采煤机步行速度，以防止煤石和煤伤害到人。

⑥在故障期间，当人员需要工作时，采煤机应停止切割煤，将手柄归零，然后拆下鼓式离合器，需要喷砂时，应做好液压支撑柱和各种管道的保护。

4.综采工作面过断层采煤技术实践探析

（1）应用支护技术。为了避免断层采煤时冒顶，煤矿企业应在巷道中使用支撑技术，例如，某种煤炭在该煤矿的综采工作面中，距离明挖距离为90m，当跌落故障无法通过时，在距原始工作面30m的距离处重新开槽（以消除故障）。由于与原始切口的距离很小，工作面的超前压力会增加，因此，在新巷道的开放使用中，应使用螺栓-网索组合支撑技术。

（2）增加工作面推进速度。减少屋顶损坏的有效方法是合理的提高工作面前进速度。随着工作面前进速度的加快，煤壁暴露的时间越快，因此，在特定范围内合理提高工作面的前进速度，有效将煤炭的开采效率进一步提升，将总成本降至最低，从而为煤矿企业增加了利润。

（3）调整工作面与断层线的夹角。通常，如果煤层的倾斜部分等于或大于掉落部分，即可以将工作面推进。如果工作面和断层线平行，将导致更大的故障暴露，因此，应合理将工作面的方向进行调整，使综采工作面的断层之间出现夹角的存在，这种夹角越多，其交叉面积就会越小，从而减少维护屋顶的难度[4]。一般情况下，顶板工作面在实际应用中会出现中等程度的稳定性状态，其工作面和断层之间最合适的角度是20°-30°，如果顶板的稳定性较差，就应将夹角设置在30°-45°之间更为合适，但这将大大增加综采工作面的长度，因此，到底是否选择这种方法，需要综合考虑多种因素[5]。

（4）做好断层处岩石处理。断层处岩石的处理是过断层综采工作面的主要内容，如果断层处岩石的硬度系数低于4，就可以将其使用切割的方法进行岩石处理[6]。值得一提的是在处理故障过程中，需要发射小型炮，并且必须严格控制装药数量，只有确定了爆破孔的位置和角度后才能进行钻孔制成。

5.结束语

近年来，综采技术在我国煤炭开采领域得到了不断的推广，煤炭一直是中国能源的主力，同时应对煤矿开采中的常见问题进行积极深入的研究，以促进煤炭工业的发展。过断层进行综采的煤矿，必须根据具体情况采取不同的措施，在长期实践中，不断的探索和完善，使过断层综合开采技术逐渐变得更加安全。