大倾角综采工作面精准高效安全快速过断层浅析

洪继伟

（淮北矿业集团 桃园煤矿 安徽 淮北 235000）

摘　要:大倾角综采工作面过断层安全危险大，劳动强度高，作业时间长，易发生顶板事故，大大增加了安全生产管理难度。桃园煤矿Ⅱ1044大倾角综采工作面过断层开采，通过对常规过断层方法进行优化，总结一套新的综采工作面安全快速过断层技术方法，该技术方案成功应用，为大倾角综采工作面安全高效快速过断层指明了一条新的技术途径，可为大倾角综采面过断层提供借鉴和参考。

关键词: 大倾角；综采工作面面；断层；顶板管理；防滚矸管理；防治水；防倒防滑

0 引言

Ⅱ1044大倾角综采工作面总体为一走向南北、倾向东的单斜构造。平均面长163m,煤厚3.2～4.2m，平均3.6m，倾角32°～43°平均38°。工作面设计走向长度1400m，里段走向920m，外段走向480m（准备阶段）；工作面于2020年8月19开始安装，10月3日投入生产，原计划里段回采400m后，重新施工切眼改造，跳过对回采影响较大横穿整个工作面F9正断层（落差3.3m）。2021年3月2日，矿生产技术会研讨，从优化矿井生产接替组织、增加资源回收、提高职工工资收入等诸多因素考虑，结合断层产状进行分析，采取挑顶卧底直接推进精准过F9断层回采方案。

1.断层概况

根据地质资料及三巷实际揭露情况，正断层（F9:15°∠53° H=1.4m）从风巷WF2处先揭露进入断层上盘，贯穿整个工作面，发展至腰巷g13+14m（F9: 16°∠55°H=2.6m）到机巷J17+9m（F9: 10°∠70°H=3.3m）处结束，预计影响回采走向长度45m。F8正断层（F8:20°∠55°H=1m）、F7正断层（F7: 22°∠73°H=0.5m）分别距F9断层10m、15m。（见图1）

图1 Ⅱ1044工作面F9断层平面图

2.过断层需要解决技术难题

2.1过断层时，顶板冒高时的支护问题。

2.2顶板冒高时，支架不能接顶的问题。

2.3工作面推进慢，压力超前造成片帮严重的问题。

2.4人员进入大倾角煤壁维护顶板作业的安全问题。

2.5大倾角工作面运输机上窜下滑问题。

3.安全技术措施

3.1调整伪倾斜，减少断层揭露范围。

1）伪倾斜角度确定:根据目前采线位置，机头超前机尾16.6m，平均伪倾斜角41°，工作面斜长166.1m。距离风巷实揭断层115m，机头搭接距离煤壁上帮短500mm，距离机巷实揭断层143m，巷道俯下山，分别选取机头超前机尾15m、10m、5m模拟断层揭露范围，确定最小影响范围。见表1

根据以上计算得出结论机头超前机尾距离越小，断层影响范围就越小，为了防止运输机下滑，保证机头搭接合理，超前距离合理控制在7-9m。

2）伪倾斜调整位置确定：机尾距离断层36m时，采取2:1多进机尾方式进行调采，在机头超前机尾8m，机尾距离断层20m时停止调采，进行平推,平推过程中调整好支架支护状态，并找直、找平运输机，控制好工作面伪倾斜，运输机机头搭接合理。

3.2确定破顶提车位置，合理控制采高

工作面伪倾斜控制好后，工作面两巷挂腰线作业，在机巷上帮、风巷下帮清晰标出腰线位置。在工作面风巷采线至WF2+20m（距F9断层20m）处，75-110架开始挑顶、抬车，100-110架每峒挑顶100mm，99-75架每峒挑顶150mm。工作面回采至WF3+19m处，74-35架开始挑顶、抬车，每峒挑顶150mm。工作面回采至WF4+22m处，34-1架开始挑顶、抬车，每峒挑顶150mm。挑顶幅度与抬车幅度基本相同，直至工作面回采至断层下盘顶板。机头过断层跟巷道顶板回采。

图3 Ⅱ1044工作面机巷过断层剖面示意图

图2 Ⅱ1044工作面风巷过断层腰线示意图

4.现场技术应用

4.1采煤机截割方式

1）依据采煤机滚筒截割高度，调整采煤机摇臂，将采高控制在3m以内，以煤机正常通过为佳，并把煤机牵引速度控制在1.5m/min以内。最大限度减少断层影响范围内矸石截割，碎矸石垮落，保证工程质量，提高工作效率。两巷揭露断层时，上下端头空间变小，顶板破碎，煤机进刀方式由原来端部割“三角煤”斜切进刀方式改为中部斜切进刀，有利于上端头顶板淋水管理，减少水煤进入系统，另有利于煤机停留在中部维护保养，有效避免煤机停留在断层顶板破碎段。

2）过断层期间，矸石硬截割困难时，则采用岩面打眼、放炮的方法进行松动，再进行截割。割岩石时，煤机速度控制在0.4 m/min～1.0m/min范围。截割岩石时，煤机司机与支架工协同配合，采取支架少推溜，煤机多循环方式截割，保证割矸量减少，不能硬性截割，损坏煤机。

4.2带压超前移架

1）受断层影响，断层附近煤层顶板破碎，支架拉移采取“少降或不降移架”，煤壁片帮时，必须超前移架，移架到位后，伸出伸缩梁和护帮板对端面空顶区域进行临时支护。

2）过断层期间，支架升柱时，支架顶梁尽量与顶板成面接触，并升满劲，保证足够初撑力。若支架顶梁不能与顶板成面接触时，必需采用半圆木、废旧铁道、铁管等材料接顶，个别架接顶困难时，可采用单体支柱支撑液压支架。发现支架有歪、斜预兆时，及时利用侧板、底调或单体支柱帮扶调整支架状态，防止支架连续多架歪斜。

4.3调斜工艺

受工作面大倾角影响，工作面运输机机头超前机尾16-18米进行推进。若按此正常推进过F9断层，面内将有23m距离处于断层带，不利于煤壁、顶板管理。所以在进入断层前，对工作面进行调斜。让运输机机尾提前先揭露断层，中下部正常回采，当上部岩石过完后再逐步调采至运输机机头，使工作面采线揭露岩石逐步下移，分布揭露断层。调采按1:2进行（机头进1刀，机尾进2刀）。调采后，面内实揭仅有6-8m距离处于断层带。

4.4调采运输机、支架防滑处理

1）工作面采用双向割煤，单向上行推溜方式，防止运输机下滑。移机头前，在机头正前与下帮煤壁之间打一斜撑单体液压支柱，防止运输机下滑。

2）支架拉移过程中，及时调整支架，使支架尾梁偏下或垂直运输机。为防止支架下滑，非断层带影响区域，采取间隔移架。移架后及时升满劲，并使支架尽量保持合适的迎山角，以抵消顶板下沉时的水平位移量。

3）运输机机头第1架与第3架在支架底座之间安一套配双向锁的液压防滑设施。防滑千斤顶固定在支架底座上，用运输机链条连接千斤顶底座之间。在移架或第一架支架初撑力偏低时防滑装置要始终保持拉紧状态。

4.5铺网主动支护

严格工程质量，断层面上下5架范围顶板破碎地段提前使棚管理。在距断层影响位置 5m 前，在支架顶梁上铺双层金属网，保证顶板完整性。过断层期间，局部片帮后悬空的顶板，坚持使用锚杆、锚索主动支护，实现支护强度最大化。

4.6吊车提架管理

若采高大于规定，软底提车困难时，则采用30mm×108mm转载机链条配合支架千斤顶起吊运输机的方法提车。施工前备足垫车的木料及链条、卸扣放于架间，均匀摆放。吊车由队长统一指挥，专职支架工将链条一端连接在运输机溜槽煤壁侧固定点上，另一端用支架千斤顶与链条连接，链条与运输机溜槽铲煤板采用卸扣连接，严禁使用“C”型钩。根据提车的幅度要求，抵车前链条预留200mm的松弛度，以防止链条过紧抵不动运输机或者出现拉断链条事故。采用转载机链条起吊期间，专职支架工必须在起吊地点上部10m外的安全地点密切观察提车状况，提车前链条连接处采用双抗网包裹，对起吊点进行保护，根据链条的张紧及提车高度情况及时联系停止抵车，提车时其他无关人员严禁进入提车段作业。

4.7端头顶板管理

机巷为梯形煤锚支护，机巷端头安装ZQL10800-21/35侧向型支架1架，工作面过断层时，机巷侧向型支架的侧推力不足，支架易歪斜，拉移困难，降立柱整体拉移，顶板下沉明显，有时造成下出口安全高度不够。后期，对机巷顶板采取超前补强锚索支护，同时外机巷改梯形为“L”型支护，保证了端头支架正常拉移及安全出口通风断面、人行高度。

4.8安全防护

工作面挑顶时，矸石较多，各类安全防护设施齐全有效，面内倾向、走向防飞矸网挂牢护严，机头挡矸铁板全断面护住下出口。人员进入煤壁作业时，必须将运输机停机闭锁，采煤机两滚筒落地，支架有劲护帮板伸出护帮严实，作业地点上方所有横向护网挂设到位，并在作业地点上方3-5米范围支设全横断面护身挡板，且煤壁安全扶手齐全牢固可靠。

4.9协同作战，现场指导

地质部门提前绘制网格式地质剖面；机电科对过断层期间的机电设备供应超前计划并保障供应；供销科保证应急物料的后勤供应和保障安全生产的物料与工具库存。生产单位每班的生产情况及时填写在调度会议室的图表中，上采线标注F9断层实际揭露情况。

5分工明确抓落实

5.1根据过断层专题会的具体安排，职能业务部门要时刻掌握回采信息，现场断层有变化生产单位要及时与生产领导和技术部门沟通交流，根据现场情况及时完善技术方案，完善回采方案措施，并及时贯彻到采区的每一位职工。

5.2调度指挥中心每天对圆班生产情况和面内提车抬架信息进行通报；地测科坚持过断层期间每天收集一张剖面图，描述下一步断层影响范围和延伸趋势；生产技术部每天要更新采线位置并提出生产指导意见，及时掌控过断层回采情况。

5.3严抓现场技术方案、措施的落实兑现，工作面过断层期间，矿生产技术部、调度指挥中心、安监处管技人员现场全过程跟班，排查隐患，监管安全生产，督查措施的落实，并对现场操作环节提出指导性意见。升井后第一时间将现场落实情况、断层变化等重要信息发布出去，发现现场当班不能立即整改的隐患问题，下发整改“五定表”跟踪落实。

5.4在过断层期间，现场回采条件困难时，由分管领导和专业副总全过程带班，生产单位副职以上干部跟班，区正职一人地面留勤、一人井下指挥，坚持困难条件不离矿。

6.结语

桃园煤矿Ⅱ1044大倾角综采面精准高效快速过断层，保证了采煤工作面回采连续性，杜绝了综采设备拆除、安装、搬家，多回收了煤炭资源，避免大量时间浪费。通过一系列行之有效的过断层方法，使得煤机割矸石量减少，有效控制住顶板，预防煤壁大面积片帮，支架歪斜。采取吊车提架、伪倾斜控制、双层金属网铺顶、锚索网主动支护、带压移架、大倾角防飞矸网及改变煤机进刀方式等，保证了工作面安全顺利推进，比预期提前4天过完断层，当月产量5.1万吨。

参考文献

[1]徐永圻, 煤矿开采学. 江苏徐州市,中国矿业大学出版社,2008

[2]魏甘霖.大倾角综采面工艺技术分析及应用[J].山西化工,2021,41(01):176-178.

[3]戴华阳, 急倾斜特厚-中厚-薄煤层开采岩层控制技术与应用研究. 北京市,中国矿业大学,2013-11-09.

[4]桂祥,吴基文.桃园煤矿Ⅱ4采区放水试验及水文地质条件分析[J].淮南职业技术学院学报,2016,16(06):1-3.

[5]徐永圻, 煤矿开采学. 江苏徐州市,中国矿业大学出版社,2008

[6]章涛,李强.大倾角智能化工作面防飞矸与自动跟机技术研究[J].煤矿机电,2021,42(02):58-60.

作者简介：洪继伟 男 安徽淮北濉溪县人，淮北矿业集团公司桃园煤矿，采矿工程师

11