淺談綜采工作面過(guò)斷層的技術(shù)應(yīng)用

武學(xué)兵

(山西陽(yáng)城陽(yáng)泰集團(tuán)屯城煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048103)

引 言

以某煤炭公司采煤作業(yè)中一段工作面為例來(lái)對(duì)綜采工作面過(guò)斷層技術(shù)予以分析。該工作面為一單斜構(gòu)造，煤層傾角在3 °～17 °左右，由于其不均勻性，煤層厚度也存在一定變化，大致控制在4.4 m～6.4 m之間。局部存在0.05 m左右的夾矸，但整體穩(wěn)定性較高。在回采過(guò)程中，距離工作面560 m左右的位置上出現(xiàn)正斷層，其方向與工作面走向一致。如圖1、圖2所示。材料巷道及運(yùn)輸巷道均集中在斷層附近，產(chǎn)生的落差分別為113.5 m和15.5 m。在回采作業(yè)中，存在較多矸石，對(duì)煤炭質(zhì)量的影響較大。

圖1 斷層平面示意圖

圖2 工作面材料巷過(guò)斷層剖面示意圖

1 過(guò)斷層方案的選擇

目前在綜采工作面施工作業(yè)中，過(guò)斷層的方法主要有三種，即，降低采高法、跳切眼法和直接推過(guò)法。工作人員需要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，綜合分析和評(píng)價(jià)這三種方式，選擇最為合適的施工方案，保證回采作業(yè)質(zhì)量。

1.1 降低采高法

降低采高法一般被應(yīng)用在斷層落差較小、上下盤接觸之間的煤層厚度與液壓支架相同的工作面中，而由分析本工程工作面斷層情況可知，煤層的平均厚度控制在5.3 m左右，斷層落差在14 m左右，差距相對(duì)較大，且煤層與上下盤之間也不存在銜接性，所以該方法并不適用于本工作面回采作業(yè)中。

1.2 跳切眼法

本回采作業(yè)中，工作面與斷層的走向一致，這時(shí)如果使用跳切眼法進(jìn)行工作面過(guò)斷層施工，則需要在另一盤位置上重新進(jìn)行切眼施工，當(dāng)工作面推進(jìn)到斷層位置時(shí)，才能跳過(guò)斷層繼續(xù)開展回采作業(yè)。該方法降低了回采作業(yè)中機(jī)械設(shè)備的損耗。但其劣勢(shì)為：在斷層重新切眼會(huì)造成較大的人力、物力及財(cái)力方面的損耗，增加煤炭消耗量，進(jìn)而增大企業(yè)成本支出。同時(shí)，該方法也加劇了應(yīng)力集中問(wèn)題，增加了施工作業(yè)的危險(xiǎn)系數(shù)，所以該方法不適用于本次施工作業(yè)。

1.3 直接推過(guò)法

在研究分析中發(fā)現(xiàn)，降低采高法和跳切眼法均不適合本次施工作業(yè)，所以在工作面回采中，只能使用直接推過(guò)法來(lái)提升采煤作業(yè)效率，保證企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。在使用直接推過(guò)法時(shí)，具體施工方案主要有：

1) 直接推過(guò)斷層

該方案主要是通過(guò)主井煤倉(cāng)的應(yīng)用將綜采工作面過(guò)斷層時(shí)產(chǎn)生的矸石和煤炭洗選分離出來(lái)，進(jìn)而達(dá)到施工目的。具體操作流程為，先在工作面上設(shè)置兩個(gè)主井煤倉(cāng)，將回采作業(yè)中產(chǎn)生的矸石和煤炭全部運(yùn)送到煤倉(cāng)中，并傳輸?shù)较疵簭S內(nèi)，利用相應(yīng)設(shè)備對(duì)矸石和煤炭進(jìn)行洗選分析。

優(yōu)勢(shì)為：在回采作業(yè)中，不需要設(shè)置施工掏槽巷，節(jié)約了回采作業(yè)中的施工成本。結(jié)合本工程情況來(lái)看，該環(huán)節(jié)節(jié)約的材料費(fèi)用約90萬(wàn)元左右；在施工過(guò)程中，不需要額外設(shè)置通風(fēng)系統(tǒng)，原有的通風(fēng)裝置完全可以滿足施工要求，保證工作面的空氣質(zhì)量；通過(guò)該方法的應(yīng)用加強(qiáng)了層位控制與施工掏槽巷的管控，降低了管理難度；工作面中由于未設(shè)置掏槽巷，所以提升了頂板管理的效率。

不過(guò)該方案在落實(shí)中仍存在一些不足，具體內(nèi)容為：工作面過(guò)斷層施工中加大了設(shè)備的磨損概率，縮短了設(shè)備使用壽命；工作面過(guò)斷層時(shí)，需要實(shí)行打眼及震動(dòng)放炮，所以延長(zhǎng)了這兩道工序的施工時(shí)間，并造成了一定損耗；在實(shí)際施工中，會(huì)產(chǎn)生較大的割矸量，這就加大了運(yùn)輸難度和復(fù)雜性；后期的矸石洗選中不僅會(huì)帶來(lái)較大的資金損耗，同時(shí)也會(huì)對(duì)原煤質(zhì)量帶來(lái)較大影響。

2) 掏槽過(guò)斷層

結(jié)合本工程的具體情況，在落實(shí)掏槽多斷層方案時(shí)，需要設(shè)置3條掏槽巷，其長(zhǎng)度及巷道斷層面積分別控制在170 m和9 m2左右。在實(shí)際施工過(guò)程中，先實(shí)行上下煤層之間的夾矸，再開展機(jī)械推進(jìn)工作，這樣一來(lái)上煤層頂板中產(chǎn)生的巖石較多，且?guī)r石硬度較大，增加了切割難度。反觀下煤層，巖石硬度較小，切割則較為便利。為此，在落實(shí)掏槽過(guò)斷層方案時(shí)，需加大對(duì)上煤層頂板巖石段矸石的施工，以提高整體工作效率。

掏槽過(guò)斷層的優(yōu)勢(shì)為：一方面要減少綜采工作面過(guò)斷層時(shí)產(chǎn)生的割矸量，保證煤炭的質(zhì)量；另一方面，降低工作面多斷層施工作業(yè)中機(jī)械設(shè)備的磨損，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命；另外，放震動(dòng)炮環(huán)節(jié)內(nèi)的工程量也得到了一定的縮減，完善了施工流程。

該方法劣勢(shì)在于：①施工人員需要提前實(shí)施掏槽巷施工，增加了施工材料成本費(fèi)用；②因?yàn)樘筒巯锱c回風(fēng)巷重疊，使施工中很難保證良好的通風(fēng)效果，增加了施工難度和危險(xiǎn)系數(shù)；③該方法仍然保留了放震動(dòng)炮的環(huán)節(jié)，在回采作業(yè)施工中，降低了掘進(jìn)工作的連續(xù)性；④施工中，需要保證工作面坡度與掏槽巷坡度的一致性，但由于施工場(chǎng)地有限，所以需要采用人工控制方式來(lái)確保二者的一致性，這無(wú)疑增加了工作面回采作業(yè)的難度；⑤掏矸巷的面積相對(duì)較大，掏槽巷的斷層帶位置居中，這使得應(yīng)力現(xiàn)象較為明顯，增大了頂板管理的困難性；⑥掏槽巷在施工過(guò)程中，需要先進(jìn)行單體點(diǎn)柱或木垛的施工，而這就增加了超前維護(hù)的工作量；⑦掏槽巷很容易受到采動(dòng)影響進(jìn)而產(chǎn)生變形問(wèn)題，如不能對(duì)其進(jìn)行有效處理，則會(huì)直接影響回采作業(yè)的難度；⑧掏矸量的處理效率較低，仍存在矸石與煤炭混入煤流系統(tǒng)的情況。

通過(guò)對(duì)上述兩種方案分析對(duì)比，從工作面的具體情況、掏矸量、放震動(dòng)炮及管理工作等多方面因素綜合考量，確定采用直接推過(guò)斷層法。該方法可保證工作面回采量，提升管理水平，加強(qiáng)施工作業(yè)的安全性。

2 具體實(shí)施步驟

2.1 過(guò)斷層前的層位確定

在綜采工作面過(guò)斷層回采作業(yè)前，需要先做好相應(yīng)的準(zhǔn)備工作，其內(nèi)容主要有：工作面角度的調(diào)整。為了保證施工質(zhì)量，需要將綜采工作面的坡度調(diào)整到與斷層走向基本平行的位置，確保在回采工作中，煤炭的合理收集和處理，避免損失的形成；根據(jù)相關(guān)部門提供的預(yù)想剖面情況，制定合理的挑頂措施，以促進(jìn)后續(xù)工作的順利進(jìn)行；上煤層頂板巖的切割作業(yè)可采用放震動(dòng)炮來(lái)提升切割效果。不過(guò)在切割過(guò)程中，要做好設(shè)備保護(hù)工作，避免巖石墜落影響機(jī)械設(shè)備的使用安全。

2.2 過(guò)斷層時(shí)的層位確定

由于本工作面中斷層的落差較大，運(yùn)輸巷和材料巷與斷層的位置較為接近，所以在回采作業(yè)中，當(dāng)運(yùn)輸巷側(cè)工作面接近過(guò)斷層位置時(shí)，需將工作面推采坡度提高到18°以上，之后再利用飄刀進(jìn)行上下盤破層作業(yè)，確?；夭勺鳂I(yè)的有效推進(jìn)。在破層中，上下盤的厚度要控制在2.2 m～2.5 m。在工作面過(guò)斷層后，應(yīng)保持坡度不變，進(jìn)而開展后續(xù)的推進(jìn)工作，以提高下煤層及上下煤層之間的夾矸施工質(zhì)量。

2.3 過(guò)斷層采取的措施及影響時(shí)間

2.3.1 采取措施

為改善綜采工作面過(guò)斷層時(shí)礦井內(nèi)原煤的產(chǎn)量，在實(shí)際施工過(guò)程中，需在確保接續(xù)的基礎(chǔ)上，采用錯(cuò)時(shí)生產(chǎn)的方式提高施工質(zhì)量，增大產(chǎn)量。在其他工作面進(jìn)入檢修時(shí)間后，對(duì)本工作面實(shí)施回采作業(yè)，每天的回采距離可控制在1.6 m左右，回采后的原煤要及時(shí)運(yùn)送到主井煤倉(cāng)內(nèi)，同時(shí)利用洗煤設(shè)備及時(shí)處理，提高原煤產(chǎn)量。

2.3.2 影響時(shí)間

本工作面過(guò)斷層回采的影響長(zhǎng)度在30 m左右，正常情況下其影響時(shí)間應(yīng)該在19 d左右，但考慮到上下煤層之間的夾矸長(zhǎng)度也在30 m左右，如果按照每天回采1.6 m的距離計(jì)算，該工作面過(guò)斷層的影響時(shí)間應(yīng)在38 d左右。

2.4 兩巷維護(hù)及設(shè)備管理

在兩巷維護(hù)中，要加強(qiáng)斷層區(qū)兩巷頂?shù)装宓墓芾?，落?shí)頂?shù)装宓募庸檀胧?；及時(shí)更換卸壓、損壞和實(shí)效的單體支柱；工作面兩巷出現(xiàn)片幫時(shí)，必須支設(shè)墊柱實(shí)施背幫處理，防止漏頂問(wèn)題的產(chǎn)生；在工作面過(guò)斷層施工時(shí)，工作人員需要對(duì)超前支護(hù)內(nèi)的巷道頂板進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察和了解，對(duì)其中存在的問(wèn)題進(jìn)行及時(shí)解決。

在工作面設(shè)備管理中，先要明確工作面回采作業(yè)中使用的設(shè)備類型和種類，了解其具體特征，進(jìn)而制定合理的維修和養(yǎng)護(hù)方案，保證設(shè)備運(yùn)行質(zhì)量；制定每天的設(shè)備檢查計(jì)劃，及時(shí)掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，避免“帶病”運(yùn)轉(zhuǎn)情況的發(fā)生。其次，加強(qiáng)泵站和液壓支架的管控與維護(hù)力度，確保設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，避免故障問(wèn)題的產(chǎn)生，保證回采作業(yè)的可靠性和安全性。最后，對(duì)液壓支架的零部件進(jìn)行定期檢查，對(duì)老化或磨損較為嚴(yán)重的零件要及時(shí)進(jìn)行更換。

3 結(jié)論

通過(guò)上述分析研究可以看出，在本工作面過(guò)斷層施工中，通過(guò)直接推過(guò)斷層的方式更好地保證了整體回采工作的效率，其不僅提升了采煤量，同時(shí)也降低了成本消耗，保證了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，該方法的應(yīng)用也確保了工作面過(guò)斷層作業(yè)的安全性，減少了危險(xiǎn)事故的發(fā)生。