综采工作面过断层安全技术

张 斌

（山西铺龙湾煤业有限公司，山西 左云 037100）

在矿井回采过程中，综采工作面在经过断层面时往往会受到到各种因素的影响发生事故，例如地质构造的变动、顶板压力过大等因素，均有可能导致断层面顶板出现大范围破碎的问题，进而伴随综采工作面回采至断层面中，断层面顶板破碎范围和严重性都会大大增加，而一旦断层面顶板出现大范围破碎现象就会对周围的围岩、顶板造成质量影响，甚至会出现松动问题，一些破碎位置的顶板、岩石胶结性严重下降，最终导致顶板脱落。断层面顶板脱落后，受其压力影响，矿柱、井下内壁承载压力过大，再加上综采工作面的支架移动难度较大，因此若无法及时使用支架对破碎位置进行支护，就会大大增加顶板下沉事故的发生概率，给开采人员埋下巨大的安全隐患，也会影响矿产企业的经济效益。因此，本文基于某地矿采开采综采工作面经断层带的特点，制定了如下措施以保障过断层面的安全性[1]。

1 综采工作面过断层方式

为了进一步避免过断层对综采工作产生负面影响，要求相关工作人员必须加强对断层特点以及位置的深入分析，从而可以采取有针对性的科学措施，将断层留置于综采工作面，以此来提升布置工作面的科学和理性。在开采过程中，若发现遇到的断层面，开采人员应该第一时间对挖掘方向进行调整，从而避免断层面影响综采工作的顺利进行。在恢复正常挖掘方向之前，需要对断层面存在较大落差的故障位置进行排除，同时还要采取有效措施，对综采工作面进行减小。在矿井综采过程中，若断层面范围不大，而且综采环境没有过多的水、气影响，就可以考虑使用硬采矿法，即涉及到爆破的火炮采矿等方式，这种方式在矿井开采过程中应用比较广泛，但是因为涉及到爆破操作，所以为了保障综采安全性，就必须采取有效手段设置支护，需要在局部条带处设置一些硬木柱，确保断层面的最低开采高度也要高于机械滚筒。若断层面处于综采工作面之上，则可以采取上部爆破开采、下部机械开采的方式，若断层面处于综采工作面之下，则可以采取相反的方式开采。若断层面处于滑靴下方时，可以使用顶置法在综采工作面底部进行找平，若相反则需要使用底部找平法。同样，在进行处理时也要做好支护，以此来保障综采工作面底板是平整安全的。

2 综采工作面过断层安全技术

当综采工作面经过断层面进行开采时，就会涌现出诸多技术问题亟待解决，例如如何解决综采工作面可能出现的水体灾害问题，或者如何控制采矿机的采矿速度等，这些问题都需要综采工作面过断层安全技术加以解决。

2.1 冒顶问题安全处理技术

在综采工作面穿过断层时，因为断层面顶板承受的压力过大，会导致其顶板出现破碎、断裂问题，虽然可以采取现有的一些手段对顶板进行控制，但是仍然可能出现破损现象，因此综采过程中，应该及时封堵表面并确保顶板稳定下落，在此之后再采取其他措施加以处理。若顶板范围较小则可以直接使用挤塑板沿着矿壁和顶板，采取从上至下挤压的方式迫使顶板下降。若顶板范围较大则可以将处于高处的顶板上部上移，采取从上至下的方式予以处理。在发生突发情况且顶板厚度较厚的情况下，则可以使用人工假顶板的方式处理冒顶问题[2-5]。

2.2 断层面周边矿层破坏问题处理技术

在地壳活动比较频繁时，低下矿层就有可能出现断裂问题，随着地壳的不断运动就会出现断层问题。在断层面逐渐形成的过程中，会出现断裂、破碎、移位等诸多问题，同时还会产生一些裂缝，这些裂缝组合起来就变成了断裂带。通常情况下，断层面顶板岩层的强度相较于一般矿层的强度要高，因此在面对相同的冲击力时，矿产资源的破碎概率要远远高于顶板周边的岩体，同时矿井因为破碎导致的粉尘量也非常多，由此可见，当综采工作面过断层时应该重点针对留矿顶板进行处理。

2.3 井下气体的监测和防治技术

在矿井综采过断层面工作开展过程中，爆破是经常会使用到的技术，因此井下气体必然会在狭窄的空间造成较大危害，若无法对其进行处理，必然会对开采人员的人身安全埋下安全隐患。正因如此，在操作过程中需要由专业人员对空间内的气体浓度进行检测，一旦发现浓度异常就必须第一时间疏散人群并加以处理，以此来保障矿井开采人员的安全。除此之外，要求开采现场的管理人员随身携带便携式气体检测设备，从而可以在工作过程中随时对气体浓度进行检测。当发现井下气体浓度超标时，必须立即同时现场所有人停下手里的工作并切断所有电源，所有人有序退出矿区，待处理后才能再次进入矿区。

2.4 控制割矿速度的技术

由于矿井综采过断层面作业过程中，对断层面开采高度有着非常明确的标准要求，一般情况下开采高度需要控制在两米左右，若超出这一范围，则采矿机必须达到两米，同时使用最小的开采速度。此外，操纵采矿机的人员也要时刻关注井下综采面支架等位置的安全，若出现不稳定的情况则必须立即停止对断层面的处理，以免对相关工作者造成人身伤害。除此之外，在处理断层面时，应该加强对各个开采阶段的管理，同时要求所有工作者必须严格按照施工要点开展处理工作，以此来确保断层面处理的安全性。

3 工程概述

本文对山西某一采矿业公司的综采工程进行概述，该工程工作面的层间距约处于36～65m 之间，可采储量约为189 万t，工作面回采矿层平均全矿厚度为7.7m，均采取综采放顶采矿法，工程设计开采高度为3m，放矿高度为4.7m。

根据对该综采工程的研究可以发现，该工程工作面在回采期发现了16 条断层带，其中落差超过一米的达到10 条，对正常综采工作有很大影响。当遭遇第一条断层带时就可以发现，该断层面顶板破碎程度非常高，很难对其进行支护，若采取传统支护操作安全性较差，因此综采队进行了一系列的研究和探讨，为了提升通过该断层面的安全性，进行了针对性的断层施工方案制定。

4 综采工作面过断层带施工方法

4.1 提前调整采高

在遇到断层面之后，综采队率先对断层顶板、底板的矿层厚度进行了分析，发现其厚度超出了目前所使用的采矿机和液压支架要求的矿层厚度范围，同时根据断层面落差进行计算，可以得出具体的留矿层厚度，通过对工作面层间距、矿层厚度的计算得出0.2m，所以可以在发现断层面后第一时间通知操作人员，提前降低采高，当综采工作面安全通过断层面后再调整回原来的采高，直到遇到顶底板后才能正常进行开采。

4.2 重开新切巷处理

当遇到一些比较大的断层面时，若不采取措施强行通过则必然会对处理设备造成一定损坏，因此可以先选择躲避，即在遇到断层面后另选取距其有一定距离的位置，重开新切巷，但是这种方式需要较大的投入，不仅需要将所有的开采设备搬运至指定位置，还会对开采效率造成一定影响，是一种非常浪费人力物力资源的处理方式，而且若搬运设备途中发生顶板下落问题，就很容易给开采工作埋下安全隐患，因此很多综采工程都避免使用这种处理方式[6]。

4.3 挑顶起底处理

在出现断层面矿层厚度不超过采矿机和支架要求范围时，若断层面周边的岩石较为坚硬，就会对采矿机造成严重损伤，此时可以由专业人员先对坚硬岩体采取爆破处理，从而将采高降低至不会对设备造成损害的高度后，直至综采工作面通过断层后再逐渐恢复采高。若断层面周边的岩石硬度不高则不会对设备造成损害，此时就可以直接调整采高并强行通过断层面。

5 对综采过断层面矿壁和顶板的控制技术

在工作面回采期间遇到断层面，若此时断层面顶板破碎程度比较严重，要求综采人员先对断层面顶板的维护问题加以重视，若未能及时采取有效措施进行维护，就很容易导致顶板进一步破碎，甚至会造成支架无法支撑塌陷的情况，对后续工作面的推进带来阻碍。若出现工作面顶板下压、漏顶等问题，则很有可能对采矿机、支架等设备造成威胁，因此在工作面回采期间遇到断层面，必须加强对顶板的控制。

5.1 普通顶板的控制技术

5.1.1 支架的及时挪移

在综采工作面过断层面过程中，如果顶板破碎程度不高且周边岩石坚硬度较低时，则通常不会对工作面和设备造成影响，因此可以正常通过，此时需要相关工作者在采矿机完成割矿后及时挪移，同时还要注意打开旁边的防护板，以免，矿壁片帮。

5.1.2 支架的提前挪移

若断层面顶板破碎程度较高且和周边岩石比较坚硬，工作面通过可能会遭受损伤，同时矿壁有超过1m 的片帮，就需要相关工作者提前对破碎程度较高部位的支架进行挪移，之后在开展割矿工作，除此之外，还要对采矿机滚筒、支架前探梁等设备之间的距离进行控制，以免对支架造成损伤。

5.1.3 切顶移架处理

部分断层面顶板破碎情况非常严重，此时支架降架会导致漏顶问题出现，因此可以采取切顶移架处理的方式来避免，即挪移支架的过程中不降架，让支架顶底板可以直接接触到矿壁，这种移架方式可以有效避免断层面顶板破碎的问题，与此同时还可以保障综采工作面正常向断层面推进，但是这种方式同样存在缺陷，即移架过程中很容易对支架以及其他设备造成损害，而且在碰到矿壁、顶底板等部位不平整的情况下，有导致设备断裂的危险，因此是一种不常用的顶板控制技术。

5.2 顶板支护和加固技术

在工作面经过断层面时，若断层面顶板破碎程度严重，则可以采取顶板支护的方式进行处理，对此可以在破碎严重的位置打入钢钉来加强支护强度，同时要保障每一根钢钉打入的位置都是与顶板垂直的，钢钉之间的距离以及打入长度都需要根据实际情况确定。除此之外，完成打钢钉提升支护强度操作后，还可以在破碎严重的顶板处打注浆孔，通过注浆的方式来进行加固，本次研究对象注浆孔的间距为2m、孔深5m。打完孔后就可以将配比好的混合液注入，混合液一般由催化剂与聚雅胺胶脂组成，当混合液凝固后就可以正常作业了。

5.3 顶、帮的控制技术

在综采工作面经过断层时，若顶板的破碎段不够连续，则可以先挪移顶板支架，当移架完成后则可以在破碎段进行工字钢梁控制，若不能使用该方式，则可以采用架棚的方式来处理支架，首先在顶板破碎部位掏梁窝，其次插入工字钢梁并以锚索固定住，最后每隔一段距离铺设一根工字钢梁，将所有破碎段都稳定后再进行后续作业。若断层面面积特别广泛，则可以使用单体柱对破碎段进行支护，同时在破碎段挂网，辅以木块将之与矿壁进行固定[7]。

总而言之，对于矿井综采工作来说，过断层面技术安全性是否充足是非常关键的，只有保障了安全通过断层才能避免发生安全事故，正因如此，相关工作者必须在实际工作中提升过断层安全技术的应用，同时还要根据实际的开采情况，对安全技术进行创新和提升，从而实现最佳效果的过断层处理，保障断层结构以及综采作业的安全可靠。