綜采工作面綜合過斷層技術(shù)研究

張宏鋼

（汾西礦業(yè)曙光煤礦，山西 孝義 032300）

斷層是煤炭生產(chǎn)時常見地質(zhì)構(gòu)造，在斷層影響下斷層上下兩盤間煤層常出現(xiàn)錯層，給煤炭正?；夭蓭碇萍s[1-2]?，F(xiàn)階段采面常用的過斷層技術(shù)包括有平推硬過法、跳采法等，不同的過斷層方式均有其自身的適用范圍[3-5]。山西某礦8305 綜采工作面回采期間揭露有DF3 斷層，在采面采動壓力、斷層等綜合作用下，回采巷道圍巖變形量較大，采面頂板破碎、煤壁容易出現(xiàn)片幫等問題，從而給采面過斷層安全帶來威脅[6]。為此，本文依據(jù)8305 綜采工作面實際情況，針對性地提出綜合過斷層技術(shù)并進(jìn)行現(xiàn)場應(yīng)用，有效確保采面過斷層安全。

1 工程概況

山西某礦8305 綜采工作面開采3#煤層，煤層厚度、傾角分別為3 m、3°，采面設(shè)計走向、傾向長度分別為1 780 m、240 m。3#煤層直接頂、基本頂分別為泥巖（平均厚2.4 m）、砂巖（平均厚29 m）；直接底、基本底分別為泥巖（平均厚4.9 m）、粉砂巖（平均厚20.1 m）。8305 綜采工作面回采期間揭露有DF3斷層，影響范圍為1 320 m～1 390 m，具體工作面揭露的切斷剖面見圖1 所示。受斷層影響，采面在推進(jìn)過程由于頂板巖層破碎，容易出現(xiàn)頂板冒落、煤壁片幫等問題，因此需要針對性地制定過斷層技術(shù)。

圖1 工作面揭露的切斷剖面圖（m）

2 采面過斷層技術(shù)方案

2.1 頂板管理技術(shù)措施

在采面推進(jìn)至斷層影響范圍內(nèi)時，實時對頂板受力情況進(jìn)行監(jiān)測，同時在斷層影響帶附近巷道支護(hù)材料不得回收，同時需要對巷道進(jìn)行加固，以確?；夭上锏绹鷰r穩(wěn)定。具體在8305 回風(fēng)巷圍巖控制中，可綜合使用工字鋼、架設(shè)木垛、圍巖中注入羅克休以及巷道表層噴漿等方式進(jìn)行頂板管理[6]。

8305 運(yùn)輸巷位于采面東側(cè)、與8303 采空區(qū)間留設(shè)有15 m 保護(hù)煤柱，8305 運(yùn)輸巷位于DF3 斷層影響范圍內(nèi)。當(dāng)工作面回采推進(jìn)斷層影響附近時，應(yīng)密切關(guān)注8305 運(yùn)輸巷頂板圍巖變化情況，若出現(xiàn)頂板破碎或者裂縫時，可在巷道與煤柱間距2 m 位置施工一排錨桿對頂板進(jìn)行支護(hù)。

2.2 調(diào)整采面支架機(jī)道寬度

當(dāng)采面回采至斷層影響范圍內(nèi)時，根據(jù)斷層賦存及采面開采情況，預(yù)計切眼內(nèi)45#～58#支架受斷層影響顯著。為了確保采面頂板巖層穩(wěn)定，將45#～58#支架間機(jī)道寬度調(diào)整至2.0 m，并使用緊跟采煤機(jī)帶壓移架方式減少空頂時間及范圍，從而確保工作面過斷層期間頂板穩(wěn)定。

2.3 調(diào)整采面采煤工藝

2.3.1 偽斜開采

為降低DF3 斷層對采面回采影響，并降低采面過斷層期間煤炭含矸量，依據(jù)采面過斷層期間綜采設(shè)備性能參數(shù)、地質(zhì)條件，提出使用偽斜開采過斷層。在過斷層期間機(jī)頭、機(jī)尾速度比調(diào)整為3:1，通過降低機(jī)尾推進(jìn)速度來實現(xiàn)調(diào)斜。當(dāng)機(jī)頭超前機(jī)尾15 m后機(jī)頭、機(jī)尾速度比調(diào)整至1∶1，即機(jī)頭、機(jī)尾保持同步推進(jìn)。通過調(diào)斜實現(xiàn)采面與斷層間夾角達(dá)到19°。當(dāng)采面推進(jìn)過斷層后，將機(jī)頭、機(jī)尾速度比調(diào)整至1∶5，盡快實現(xiàn)機(jī)頭、機(jī)尾平齊。

2.3.2 仰斜破頂過斷層

依據(jù)采面、斷層間地質(zhì)條件，采面在過斷層期間屬于上坡開采，刮板輸送機(jī)彎折角在-3°～ 3°，因此采面在過斷層期間應(yīng)確保機(jī)頭、機(jī)尾間坡度平緩。在采面過DF3 斷層期間在機(jī)頭位置緩慢破頂，采面中部及機(jī)尾部緩慢推進(jìn)。當(dāng)機(jī)尾最后40 架揭露斷層后，由機(jī)尾側(cè)再次破頂回采，直至采面回采推進(jìn)過斷層。采面在回采過斷層期間以割煤3 刀為一個循環(huán)，每個循環(huán)斜割2 刀、平割1 刀。每推進(jìn)一個循環(huán)即可破頂200 mm，經(jīng)過推進(jìn)25 個循環(huán)后即可破頂5 000 mm，從而揭露斷層另外一盤。在采煤機(jī)坡頂推進(jìn)時，采面高度保持3 500 mm 不變。具體采面仰斜破頂過斷層示意圖見圖2 所示。

圖2 采面仰斜破頂過斷層示意圖

2.3.3 優(yōu)化采面推進(jìn)方式

采面揭露的斷層上盤巖層巖性以細(xì)砂巖為主，巖性較為堅硬，其中細(xì)砂巖在采面108#～133#支架間厚度較厚，最大厚度達(dá)到2.0 m，其余支架間細(xì)砂巖厚度一般在0.6 m 以內(nèi)。斷層下盤以砂質(zhì)泥巖為主，較為松軟，采煤機(jī)容易截割。為提升破巖效率并提升采煤機(jī)開動率，將采煤機(jī)原有的雙向開動改為單向開動，同時減少采煤機(jī)一次割煤深度，采煤機(jī)生產(chǎn)過程中采用上行割煤、下行清理浮煤。通過優(yōu)化采面推進(jìn)方式減少采煤機(jī)截割齒換齒率，以及過斷層成本。

2.4 頂板堅硬巖層爆破弱化

在采面仰斜過斷層期間，當(dāng)揭露有厚度超過1.4 m 細(xì)砂巖時，即可采用爆破方式對頂板巖層進(jìn)行弱化。設(shè)計的爆破弱化鉆孔孔深均為1 600 mm、鉆孔孔徑均為42 mm，依據(jù)揭露巖層厚度調(diào)整爆破弱化鉆孔間距。當(dāng)揭露的巖層厚度在0.6 m～0.8 m 時，爆破弱化鉆孔間距設(shè)計為1.2 m；當(dāng)揭露巖層厚度介于0.9 m～1.4 m 時，將爆破孔間距縮小至0.8 m；當(dāng)揭露巖層厚度介于1.5 m～2.6 m 間時，將爆破孔間距縮小至0.7 m。具體爆破孔布置見圖2 所示。

3 采面過斷層效果分析

在采面過斷層期間布置測點(diǎn)對回采巷道圍巖變形進(jìn)行監(jiān)測?，F(xiàn)場測定發(fā)現(xiàn)，采面推進(jìn)期間超前影響范圍約為35 m，影響最大區(qū)域集中在采面前方10 m～20 m?，F(xiàn)場監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，采面過斷層期間回采巷道圍巖變形量均在安全范圍內(nèi)，不會給采面回采帶來制約。

采面過斷層期間，采煤機(jī)仍可保持2.4 m/d 推進(jìn)速度，期間未出現(xiàn)頂板冒落、煤壁片幫等不利情況。采用的過斷層技術(shù)可增加煤炭產(chǎn)量約2.6 萬t，同時采煤機(jī)截割消耗量交爆破弱化前降低30%以上，現(xiàn)場取得較好的應(yīng)用成果。

4 結(jié)語

本文以山西某礦8305 綜采工作面過DF3 斷層為工程實例，針對采面與斷層賦存條件，提出綜合過斷層技術(shù)。通過回采巷道超前支護(hù)，降低采面采動壓力、破碎圍巖給巷道圍巖控制影響；采用調(diào)斜方式降低斷層給采面回采影響；采用仰斜開始實現(xiàn)斷層兩盤的開采銜接；采用爆破弱化方式降低采煤機(jī)割煤巖難度，在提高采煤機(jī)推進(jìn)速度同時減少采煤機(jī)截割齒消耗。現(xiàn)場應(yīng)用后，采面得以安全、高效通過DF3 斷層，期間未出現(xiàn)任何安全事故，取得較好應(yīng)用效果。