煤矿掘进工作面过断层技术

＊孔德勖

（山西省煤炭工业厅煤炭资源地质局 山西 030045）

改革开放后我国经济快速发展，能源需求也日益增加，煤炭作为重要的能源，其开采过程受到了社会各界的广泛关注。巷道掘进是煤炭开采中的关键环节，此过程时常遇见结构各异的断层，断层周围围岩应力集中，顶板与煤层极易破碎脱落，不仅增加支护难度，还严重威胁工作人员的生命安全。煤矿企业应加强重视，选择合适的过断层方法，全方位保证掘进安全与速度，进而为企业的可持续发展奠定坚实基础。

1.概述

(1)断层的产生原因

断层是煤矿开采中不可避免的问题，容易拖慢工作进度，严重影响煤矿企业的生命财产安全，需加大研究力度，明确断层的产生原因，为制定过断层方案提供参考资料。煤矿岩石层受力超出一定范围后会破碎形成缝隙，缝隙相互连接便会形成断面层，断面层承受力小，两侧会滑动产生塌陷，威胁工作面掘进安全。

(2)断层产状的判断

断层判断方法包含图1中列出的两大类，下文对其进行简单论述。①直接判断法。此方法适用于影响范围较小的断层，工作人员应综合分析煤岩体结构，注重断层的派生结构，在此基础上确定断层产状与影响。断层派生结构有擦痕、牵引与褶皱等分类，可根据触感直接确定断层断盘。此外，工作人员还应注意煤层组特征、煤层结构、物理性质等信息，利用层间距快速识别断层位置。②间接判断法。受地质水文条件影响，井下开采环境复杂恶劣，很多断层产状无法直接判断，工作人员需寻找科学有效的判断依据。规律推断法依据工作面掘进经验总结断层特性，对开采中遇见的断层进行判断，此方法主观性较强，可作为辅助判断依据。作图分析法需在地质资料图中标注已揭露的断层位置等信息，结合经验实施判断。随着科学技术不断发展，越来越多的高新技术应用于工作面断层判断，发射波法可利用电磁波在不同结构中能量、频率等数据的变化判断断层产状。

图1 煤层产状的判断方法

(3)煤矿过断层的类型与技术

利用直接判断法和间接判断法总结出的煤矿掘进工作面断层类型主要有三种（详见图2），工作人员应加大研究力度，明确不同断层的特点与过断层技术。第一，平巷过断层。煤矿水平巷道掘进中存在断层情况，结合经验分析其属于倾向断层，需及时处理，避免造成不必要的经济损失与人员伤亡。若平巷道断层内无积水且周围岩体压力较小，可继续掘进，若岩体压力增大，需立即停止掘进。针对此种情况，工作人员可从另一方向与断层平行掘进，以免导致坍塌事故。第二，倾斜巷道过断层。煤矿工作面掘进时需根据煤层分布确定掘进方向，经常在向上或向下挖掘时遇见断层，工作人员可合理调整工作面坡度，准确判定断层产状。若断层实际落差较大，需在断层的石门位置更换掘进方向。值得注意的是，工作人员可采用卧底和挑顶相结合的方式提高断层判断的快速性与准确性。第三，过大断层。过大断层是安全事故发生频率最高的断层类型，需引起煤矿企业注意，及时采取有效措施全面保障采煤安全。过大断层的周围岩石破碎松软，需选用更有效的支护方式，一般情况下采用注浆法加固断层岩体，可先导硐后通过注浆处理提高顶板与周围岩石的承载力。工作人员应根据断层的具体情况确定注浆孔的深度与密度，确保掘进工作顺利进行。

图2 煤矿过断层的类型

2.煤矿掘进工作面过断层技术的实际应用

(1)调整割煤高度

煤矿开采过程中工作人员应合理调整割煤高度，以免影响掘进安全。工作人员事先计算好断层和工作面间所需的过渡段距离，确保割煤操作后能顺利通过断层。一般情况下，可在距离断层5cm的位置处选择预留顶煤或地煤的方式。出于见顶、见底开采考虑，需将采煤机切割厚度控制在一定范围内。如果断层落差较大则不适用该种方法，工作人员还应关注断层周边的煤层厚度，当煤层厚度大于液压支架高度才能降低掘进开采风险。调整割煤高度可最大程度的降低截齿消耗量，有助于降低煤炭中的含矸率，提高采煤质量与效率，促进煤矿企业的良好发展。

(2)按照断层走向掘进巷道

科学完善的实地考察工作是确保煤矿工作面掘进安全与效率的基础，工作人员应具备丰富的专业知识，对井下断层的分布情况进行仔细分析，根据分析结果确定工作面掘进方向。目前，现代信息技术高速发展，工作人员可利用先进的设备采集与分析断层情况，进一步提升断层产状判断的实效性与精准性。另外，工作人员应及时清除断层附近的破碎岩石，为后续掘进施工做好准备，便于工作人员按照新开发的无煤带掘进巷道。按照断层走向掘进巷道在提升开采效率方面有着积极影响，因工作人员无需切割岩体，可用最小的施工成本创造更大收益。但值得注意的是，完全按照断层走向掘进巷道会影响井下通风，需时刻关注通风与支护措施，不断改善开采环境，以免危害工作人员的生命安全。

(3)割顶底煤过断层

煤矿工作面掘进过程中经常遇到小范围的地垒结构，工作人员可先清除障碍，为掘进设备运行提供必要条件。总结来说，沿断层走向掘进工作面时应事先分析断层走向，明确断层厚度、结构与煤层情况等基础信息，然后清理工作面中的碎石碎煤，顺利通过无煤带完成掘进工作面。割顶底煤过断层能大幅度提高掘进速度，且施工量小，可显著提升采煤效率。

(4)跳采法

跳采法也是煤矿掘进工作面过断层的有效方式，能保证掘进工作顺利进行，促进采煤作业安全落实。跳采法实施过程中，工作人员需确定断层与煤层的相对位置，分别掘进一条材料巷道和全煤巷道，为尽量避开断层危害，需保证材料巷道与全煤巷道平行掘进。目前，跳采法的适用条件较为严格，只适用于两侧断层的倾斜距离小于30m的工作面，否则将无法实现跳过断层的目的。另外，跳采法实施时还需时刻监测断层面压力变化，以免出现坍塌事故。

3.煤矿掘进工作面过断层的安全措施

近年来，掘进工作面断层导致的煤矿安全事故频发，因此做好煤矿掘进工作面过断层的安全防护具有重要意义。

（1）做好前期调研。煤矿企业应重视掘进前的地质勘探，结合历史资料与数据确定安全合理的掘进方案与安全防护措施，思考后期可能出现的地质变化，提前制定支护方案。

（2）掘进过程中严格遵循相关原则。煤矿企业应制定严格有效的安全制度，提高工作人员的安全意识，发现有违规操作立即处罚。为保证开采安全，工作人员应至少两人一组，一人操作一人监护，遵循敲帮问顶制度，尽快找到悬矸危岩的位置，立即采取支护措施。

（3）提升支护设备质量。支护设备是确保煤矿井下作业安全的重要设施，需选择合适的支护形式与设备才能尽量增大顶板的强度与稳定性。掘进工作面过断层时可选用前探梁临时支护与逼迎面墙装置，并根据施工进度及时调整位置，必须保证工作人员在安全的环境下采煤作业。

（4）重视爆破作业。专业人员应制定科学安全的爆破方案，严格控制装药量，并尽可能加大支护密度，减少对围岩和顶板的震动和破坏。

（5）加强人员管理。井下施工应制定严格可行的标准操作规程与安全检查制度，做到及时发现问题及时上报处理。

（6）预防冒顶事故。工作人员应提前安装防倒棚设施，降低冒顶风险，同时加快掘进速度，尽可能一次成巷，减少围岩暴露时间。

4.总结

综上所述，过断层技术在煤矿工作面掘进中占有举足轻重的地位，与采煤安全、效率息息相关，煤矿企业要想在激烈的市场竞争中占据有力地位就需深入挖掘过断层技术的特点与优势，结合煤矿的实际情况准确判定断层类型，以此确定断层技术应用策略，为生产安全保驾护航，进而为煤矿企业的健康发展注入源源不断的力量。