煤矿综采工作面快速过断层回采工艺探讨

（山西晋煤集团晋圣松峪煤业有限公司 山西 048000）

前言

在进行回采的过程中，往往出现一些断层等特殊的地质构造情况，尤其对于中小型断层而言，其可能会对掘进与回采工作带来一定程度的影响，以及对设备的消耗比较大。当掘进遇到断层时，往往可以使用放炮的形式，可是该措施不利于设备的管理以及会降低回采效率，更有甚者会出现片帮冒顶的现象，进而严重限制掘进进度。对于正交型的断层而言，可以使用旋转调斜回采形式，对回采位置进行调整，进而可以使得工作面与断层保持平行，便于综采设备调整角度，进而提高工作效率。

1.工程概况

对松峪煤业的采煤层2号、15号煤层进行观察发现，2号煤层平均厚度为2m，而15号煤层平均厚度为2.8m。15号煤层顶板主要包括如下几个岩石结构：第一，泥岩；第二，砂质泥岩；第三，砂岩等。借助机械化的手段实现一次采全高技术，实现长臂采煤，以及全部跨落法实现对顶板的管理工作。

对于15号采煤区而言，其包括151302工作面，其参数如下：走向长为705m，倾向长度为150m，相应的煤层厚度为2.8m。在151302工作面切眼相外460m的位置处存在一个回风巷，同时在240m位置FJ1正断层落差7m，相应的倾斜角度为55°。此断层属于正交断层，可以形成一个切眼夹角为18°。当该断层向回风巷工作面延伸时，能够影响倾向长度可以达到56m，对于该区域的煤层底板进行开采时，通常采煤机割矸需要使用松动炮才可以实现对割矸回采。

2.传统松动炮过断层工艺分析

(1)松动炮强行通过断层回采方法

假如在掘进时，综采工作面遇到断层可以使用放炮与采煤机的形式进行强行回采，下面以FJ1断层为例进行说明：

①当断层完全暴露在工作面前时，可以在断层下盘煤层顶板上的采煤机截割范围进行施工松动炮孔工艺。孔深深度设定为1.0m，直径设定为42mm，炮孔方向与回采方向保持一致。共计设置向下两排炮孔，上排孔距离顶之间的距离为0.3m，而相应的下排炮孔距离上排孔之间的距离设定为1m，如图1所示。

图1 排炮孔布置情况图

②当完成炮孔施工之后，可以在炮孔内部设置乳化炸药，每一个孔设置的药量为0.3kg，使用水泡泥进行封孔，封孔长度设置为0.5m，最终使用电雷管进行引爆。

③当在断层下盘煤层顶板放炮之后，可以使用采煤机实施截割，每刀割采深度可以达到0.5m，当完成两个循环之后可以继续实施松动炮工艺，一直通过断层为止。

(2)放炮过断层工艺缺点

①由于破岩比较多。破岩相对较多，同时在设备方面的损耗比较多。经过调研煤层顶板是由粉砂岩组成，其硬度相对较大，即使实施提前松动爆破，往往也会对采煤机带来较大的损害。

②工作面推进效率相对较低。所选用的循环往往都使用松动爆破的形式，施工所实施的炮孔数量以40个为基准，同时打孔和装药时间控制在3h，爆破所需要的时间共计40min，因此致使工作面回采效率低下不足3m，回采效率相对低下。

③降低回采率。当前由于在工作面断层受影响长度65m，经过计算在放炮回采煤机浪费煤量可以达到5000t，直接导致经济损失200万元。与此同时，假如将大量的煤留在采空区，将会导致大量的瓦斯涌出，进一步加剧瓦斯治理难度。

3.旋转调斜过断层回采工艺分析

(1)旋转回采工艺

为了更好地优化工作面断层的回采率，不仅可以有效地减少低煤与破岩石量，而且极大的提高过断层的效率。当回采到距离断层5m时，可以选用旋转回采方式，进而使得工作面与断层保持平行。

①151302工作面设置的刮板输送机，其达到最大弯曲角度达到1.5°。通常采煤机在回采时，其深度要达到0.6m，每前进一次刮板输送机允许达到长度为：L=0.6/sin1.5°=22.9m。当工作面选用的液压支架宽度为1.5m时，其允许弯曲范围支架数量将为15架。

②在旋转回采之前，必须调直切眼，接着，可以把相应的采煤机设置到92架位置，同时向机尾侧进刀，其采深可以达到0.6m。

③采煤机可以从77架开始向机尾实现进刀，当实现回采之后机尾端依旧返回到77架位置，接着将77到92架间的刮板机向前移动。

④断层与切眼之间的夹角为55°，当工作面机尾切断断层之后回采可以达到17.6m，这时可以把该断层全部显露出来。由于在工作面位置仅仅需要四次旋转循环即可将工作面与断层保持平行。

(2)调斜回采工艺

经过旋转工艺可以实现揭露全部断层，既可以通过全部的断层。为了能够有效地优化回采率，可以使用调整采煤机俯斜回采的形式通过断层。

①切眼从机头到机尾位置下行回采的过程中，当其到达断层14m位置处，通过调整采煤机的角度，将角度设置为-7°实现回采。

②假如采煤机俯采到断层下盘煤层底板位置时，这时将采煤机角度调整为水平回采位置。

③当使用俯斜回采时，往往需要设置断层上盘顶煤，其厚度范围在0到1.7m之间。依据回采的相关经验发现，在回采时由于受到来自于动压的影响，留煤难度较大，往往导致顶板出现跨冒的风险。因此，需要实施注浆加固实现联合支护。俯斜回采过程中，可以实施顶煤施工注浆钻孔形式，其深度可以达到3m，倾斜角度可以达到-7°，间距达到2m。与此同时实施转孔高压注浆，以及使用钢钎进行撞楔超前支护，其中钢钎之间的间距设定为0.5m，排距设定为2m。

4.效果

（1）对于断层而言，可以使用旋转调斜回采的方式使得回采工作面与断层保持平行，在调整设置后集中通过断层可以优化设备的管理以及相应的回采效率，降低破岩量预计丢煤率。

（2）在回采时使用俯斜工艺，能够有效的减少断层下盘破岩量，其数值可以达到4000m3，煤产量可以增加5000t，进而能够有效地提高回采煤量。

（3）经过工作面断层时，可以通过注浆的形式对上盘顶煤进行加固，进一步提升了顶煤胶结度，其中煤体单轴抗压强度可以达到55MPa，进而能够有效地避免出现顶板跨冒安全事故。