大采高綜采工作面回采過斷層技術(shù)研究

張衛(wèi)強

(山西新元煤炭有限責任公司，山西 壽陽 045400)

0 引言

在大采高工作面進行回采時經(jīng)常會出現(xiàn)采面突然降低的情況，經(jīng)常有頂板漏矸的現(xiàn)象出現(xiàn)。有時候斷層的出現(xiàn)還會受到其位置的影響，當斷層的落差較大時，穿過斷層的破裂帶時會由于采高差異較大的原因而使工作面的支護存在較大的難題，而且過斷層工藝還會受到斷層傾角、賦存條件等多方面的影響。當?shù)V井所處的區(qū)域較為特殊時，斷層的變化將會變得更加復雜，當穿過多個斷層時也會受到地質(zhì)因素的影響，最終導致整個礦井的回采率受到不同程度的影響。關(guān)于過斷層的處理方式大多選擇重開切眼及縮短巷道的長度?；诖耍瑸閷崿F(xiàn)整個礦井的生產(chǎn)效率及回采率的提升，需要對現(xiàn)階段的回采方案進行進一步的優(yōu)化[1]。

1 過斷層方法

目標礦井現(xiàn)階段的額主采煤層煤質(zhì)為亮煤，整體賦存結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定，其中存在一厚度為0.03m的矸石層，整個目標煤層的平均厚度為2.5m，直接底主要為細砂巖，直接頂主要為砂質(zhì)泥巖，厚度分別為2m及2.7m，整個工作面屬于近水平煤層。采空區(qū)的處理方式為全部垮落法，采煤方法為雙滾筒采煤法，頂板的支護方式為液壓支架支護。目前主采煤層的工作面長度為250m，煤層傾角平均為5°，高度差為2.5m。長期掘進過程中經(jīng)常會受到諸多外界環(huán)境因素的影響，包括地殼運動及風化等因素的影響。斷層周邊的煤層梯度變化較為明顯，最終體現(xiàn)在工作面推進方向上有一定的提高。但由于整體開采坡度較為平緩，機頭位置較高，煤體容易被外界因素破壞。為進一步有效越過斷層，需要對采高進行合理調(diào)整，最終優(yōu)化整體回采工藝，實現(xiàn)礦井頂板的控制。

(1)采高調(diào)整

a、工作面斜度調(diào)節(jié)。在礦井巷道的回采過程中，斷層與工作面之間的存在的相互接觸面，容易出現(xiàn)巷道與煤壁之間的片幫。因此，在出現(xiàn)斷層之前需要對巷道的斜度進行預先調(diào)整。具體調(diào)斜的方法為：當預探出現(xiàn)斷層時需要在已知巷道傾角的前提下，了解其前后夾角，在遇到斷層約為5m的范圍內(nèi)，一般應當保證機頭相比于機尾速度慢約15m。

b、過斷層調(diào)整采高。關(guān)于過斷層開采厚度的調(diào)整需要依據(jù)以下幾個參數(shù)進行調(diào)整：第一，煤層賦存性質(zhì)；第二，斷層所處地質(zhì)環(huán)境；第三，斷層的特征，包含傾角、產(chǎn)狀、斷層間距等；第四，巷道周邊的掘進情況。針對上述幾個參數(shù)的改進措施包含：第一，在距離開采傾斜角的位置約為4m位置影響范圍內(nèi)開始巷道的起坡；第二，在進行巷道起坡過斷層時以采高4m作為起點；第三，為保證巷道的有效推進，應當從底板位置開始巷道的推進，當開采近煤層頂板是應當進行適當留頂煤；第四，當沿巷道進行后續(xù)的推進作業(yè)時應當盡量保證支架處于平直推進的狀態(tài)；第五，當越過橫斷面后應當保證采高不變，隨掘進而逐漸降低采高；第六，當煤層頂板具有煤矸石時應當沿煤層頂板水平推進，采用臥底法時需要逐漸恢復采高。

(2)過斷層回采

a、采煤機割煤

綜合分析近年來的礦井事故，常見的事故原因為冒頂及片幫。產(chǎn)生上述兩種事故的主要原因為：首先，斷層帶很容易出現(xiàn)風化等特殊情況，煤體較為松軟，在回采時很容易出現(xiàn)煤體破碎的情況；其次，當巷道掘進至斷層面時也會使事故的發(fā)生率明顯提升。關(guān)于上述兩種問題的處理方式如下：可以在斷層區(qū)域不割煤，同時，當通過斷層時，采煤機應當減速，緩慢切割煤矸石，當遇到較難切割的煤矸石時應當停止作業(yè)，不可以強硬破碎。遇到堅硬矸石的處理方式為：采煤機進刀尾部開始切割。當進入故障區(qū)域時應當在暴露面出現(xiàn)之前及時移動采煤機機頭，當采煤機尾部進入到煤層時應當及時推進刮板輸送機，采煤機逐漸采用滾筒進行割煤，并在截割過程中及時進行相應的支護工作。當上述操作均完成后需要采煤機回空刀，隨后進行后續(xù)的相關(guān)作業(yè)，靠近85m位置處時停止截割完成一個作業(yè)循環(huán)。

b、松動爆破除矸

當采煤機截割的巖石硬度較大時很可能會對采煤機的截齒造成不同程度的損傷，這種情況下需要對巖體進行預先松動爆破，隨后進行采煤機的相關(guān)截割操作。具體的爆破流程為：頂部敲擊、支護、鉆孔爆破、割煤、支架支護、繼續(xù)割煤。

2 頂板控制方式

在過斷層的過程中支架不會出現(xiàn)故障，能夠長時間保持高速運轉(zhuǎn)的狀態(tài)。當支護從開始位置過渡到較高的位置是需要支架能夠與頂?shù)装辶己媒佑|。支護過程中需要保證支架的初撐力大于30MPa，對應的水泵壓力值應當大于35MPa，這一壓力值能夠有效保證支架的支護效果。在移架過程中可以通過降低移架速度以實現(xiàn)支架摩擦力的減小，進而避免對采煤機及頂板造成傷害，當完成支護作業(yè)時應當及時移除支架并伸出護幫板。對于巷道頂板的處理應當及時處理浮煤，開采高度應當大于4m，從而有效防止頂板被破壞，有效實現(xiàn)了頂板及頂梁的聯(lián)合控制。

3 實踐效果

(1)通過合理選擇采高及頂板的合理控制，能夠有效減少工作面的搬家次數(shù)，節(jié)約了礦井生產(chǎn)成本，有效實現(xiàn)了礦井的連續(xù)高效開采。通過綜合分析已有的綜合機械化操作可知，不同方案具有其獨立優(yōu)勢，可以通過改變截割高度以提高巷道回采率，同時有效避免設備的損傷；頂板控制方案目前仍較不理想，常會出現(xiàn)漏矸等情況，特別是一些落差較大的斷層需要進行工作面的搬家，結(jié)合上述各方面影響因素以選擇最為合理的支護及開采方案。

(2)為降低礦井事故發(fā)生率，需要在保證礦井支護效果的前提下嚴格管控過斷層期間的采掘高度，對采掘期間的頂板加強管理，從而避免矸石的掉落以影響正常的作業(yè)。