采煤工作面断层超前治理技术研究

采煤工作面断层超前治理技术研究

李军

山西美锦集团东于煤业有限公司 山西省太原市 030400

摘要：在煤矿井下回采作业中时常会遇到各种类型的断层，这些断层的存在不仅会增大采掘作业设备的损耗，还会影响矿井煤炭资源的有效回收，从而影响矿井生产的综合效益。而传统的爆破过断层措施可能会进一步增大作业面冒顶片帮事故发生的概率。基于此，本文章对采煤工作面断层超前治理技术进行探讨，以供相关从业人员参考。

关键词：采煤；工作面断层；超前治理技术

引言

断层是煤矿开采过程中常见的、隐患突出的地质构造，断层构造区煤岩体原始构造应力明显，区域内煤岩体裂隙高度发育，岩层完整程度差，强度低。当工作面推进至断层附近时，原本裂隙发育的煤岩体在工作面采动超前支承压力及断层活化耦合双重作用下，强度进一步降低，极易造成工作面开采区域内大尺度顶板岩块超前抽冒及煤壁片帮;煤岩层的稳定性进一步弱化，极易导致支架位态变差，支护阻力难以保证，增加了顶板事故的发生概率。

1断层采煤的安全隐患

断层作为煤矿井下生产中时常遇到的一种特殊地质构造形式，确保作业面过断层的安全、高效，对于提升矿井生产综合效益意义重大。煤矿开采在我国经济建设中具有极其重要的战略地位。例如，我国最大的多纪煤田地跨陕、甘、宁、内蒙古、晋五省区，东西宽400km，南北长600km，由于每个省份的地质结构不一样，因此煤矿的开采会遭到地质结构的影响，在这之中最明显的就是断裂带。断层的形成关键是由于地壳发生运动致使地壳产生了破裂，在进行煤矿开采工作时，遇到这种情况，会使施工的难度加大甚至威胁到施工人员的安全。断层开采过程中会遇到的危险，主要包括：第一，如若在开采过程中遇到断层，工作面断层越多，顶板压力越大，最严重的会出现坍塌情况。第二，由于煤矿中存在水资源和有害气体，如若通过断层时水资源和有害气体不慎流露，将会给施工人员带来危险。第三，支架支护效率低。在进行断裂破损带区域支架顶梁对破损顶板支挡、加固时，顶梁形成的作用力使顶板破损程度加大，支架的作用力越强，顶板破损的越多，从而致使形成顶板上都破损的情况，支架支护效率低。

2采煤工作面断层超前治理技术

2.1施工泄水孔导水

如果后期钻探断层含水，且含水量较大，则为了方便巷道掘进和减小水对泥岩围岩的软化，需要在工作面加固时布置泄水孔。巷道迎头位置布置顶板加固施工钻孔，设置其角度为上斜角３０°，钻孔的方向与巷道断层走向呈９０°。同时，钻孔的长度必须穿过断层破碎区的长度，施工钻孔其直径为７５ｍｍ并且安装法兰盘。设置钻孔的总长度为６ｍ。在巷道覆岩顶板并且靠近巷道中部施工垂直孔，打钻孔深度为１０ｍ。钻取一个直径为７５ｍｍ的钻孔，在布置完泄水孔口，观测涌水量变化特征，若泄水孔不足以满足泄水的要求，要重新增加泄水孔。

2.2进行撞楔超前支护

为了保证后续的断层破碎范围，必须对上述的支护措施进行全面改进。在断层处，设立5m左右的位置，进行联合支护，实现高层处理。将撞楔支护用于施工巷道顶板处，在后续的施工流程当中，与其进行全面连接，保证相关材料的有效性。

2.3注浆

通过注浆泵的高压将注浆材料压入破碎岩体裂隙带内，利用注浆液的渗透能力强、粘接效果好、固结体抗压强度高等优点，使破碎煤体重组，提高煤体胶结稳定性及抗压强度，从而提高锚杆（索）支护强度。工作面断层破碎带超前预注浆加固材料浆液的可注性及其力学性质是决定注浆效果的关键因素，而注浆材料的成本及浆液消耗量又决定了注浆加固技术的经济合理性。因此注浆材料的选取是决定断层注浆改性效果的先决条件，断层破碎带注浆材料应满足如下条件:①注浆液有良好的流动性且凝固时间可调，能够较好控制浆液实现远距离输送及扩散;②注浆液与破碎围岩应有较强的胶结性且结石体具有较高的抗压强度和残余强度，保持加固岩层碎而不落;③注浆材料应阻燃、经济、环保。

2.4棚式支护

在进行施工当中，可以将相关的施工顺序进行全面设定，对整体的套杆钢棚等进行全面保障，维持其自由稳定性，并做好施工抛锚。同时，将其整体钢架进行调整。在工程断层地带，将水泥背板填充到相邻的钢棚之间，在设定当中，若其效果不理想，应可及时进行调整，采用膨胀剂灌注，极大限度的提升施工质量。

2.5煤层深孔爆破预裂

第一，经过对煤层和矿层上的岩层两者中间的区域进行深孔加工，实现专门爆破，不对矿层上的岩石遭到损坏，让煤层和矿层上的岩层出现缝隙，并且缝隙和综合工作面互相平行，开采过程中通过缝隙实现煤层和矿层上的岩石掉落。第二，预裂爆破工作结束之后，对相同组光面孔里放置一根聚能管，在管两边都要熔接圆孔。将爆炸聚能管里都放置一些矿用乳化炸药或者是毫秒延期电雷管，一组光面孔一次可以爆破一个孔，同时是从孔里向外面按顺序爆破。

2.6冒落区处理

如果在巷道掘进过程中，已经发生了顶板破碎矸石冒落，则需要对冒落区顶板进行处理。在进行冒落区处理时，首先应该对冒落区中的空巷进行充填处理，保证巷道空顶区能够有效控制，不先对破碎带冒空区进行充填，控制当前冒顶处，以防进一步发展，为后续围岩及超前预注提供保障。在距离空顶区的上部以及左右两个位置施工钻孔，设置其倾角为６０°，施工钻孔孔径为２８ｍｍ，对于空顶区其钻孔深度必须大于空顶区的深度，保证空顶区的稳定，在冒落空顶区位置放置风筒布以及其他柔软材料，防止注浆过程中浆液通过冒顶处流出来。同时，通过钻孔进行注浆作业，并且安装注浆管路，对冒落空顶区进行第一次封堵。注浆加固结束的标准为浆液从冒落空顶区内流出来，待初始注浆结束后，再对其他充填孔进行充填作业，在进行充填的过程中先对冒落区的两边进行充填，待两边充填完毕后在对中间进行充填，选用发泡类注浆材料，充填区域应该覆盖整个冒落空顶区。

3注意事项

在施工过程当中，必须对施工人员自有的技术以及工程认知进行全面加强。对我国现有的施工技术人员结构进行分析，可以得知其整体存在实践、理论不平衡现象。在施工当中。对于理论知识没有完全掌握，很多施工工人过于注重实践，导致其工作技能“单向化”发展。因此，在遇到突发情况时，无法形成有效的对应模式以及处理方法，使整体工程受到了一定的阻碍。因此，相关施工单位必须定期加强施工人员的培训，以“模拟案例”等对施工人员进行提升。考虑到施工人员的吸收性以及其学习积极性，培训方案可以PPT或视频等方式将培训重点对施工人员进行播放，帮助其了解理论知识，摆脱理论知识枯燥、无聊的固有认知。此外，也应加强一定的考核，在相关培训结束后对施工人员进行出题模拟，以保证其整体培训效果的有效性，可以起到实施加强的作用。

结束语

断层作为影响矿井回采作业安全的因素之一，确保作业面过断层时的安全有效，对于提升矿井生产综合效益意义重大。矿井管理者应当积极组织专业技术力量，结合生产实际，总结适应矿井生产实际的过断层支护技术，确保作业面过断层的安全高效，对于矿井长久发展意义重大。

参考文献

[1]岳树鹏.综采工作面过断层采煤技术探析[J].矿业装备,2021(01):92-93.

[2]梁浩.综采工作面过断层采煤技术分析[J].当代化工研究,2021(01):67-68.

[3]宋长太.试析综采工作面过断层采煤及顶板管理[J].矿业装备,2020(03):132-133.

[4]潘艳军,高恒,仇锐.浅析采煤作业连续掘进设备过断层技术[J].科技创新导报,2020,17(13):31+33.

[5]霍耀晶.采煤工作面过断层技术研究[J].中国石油和化工标准与质量,2020,40(07):199-200.