综采工作面 快速过断层技术及应用

韩栋

淮北矿业（集团）有限责任公司 许疃煤矿，安徽 淮北 235000

摘　要：针对许疃煤矿3₂39综采工作面开采及断层赋存情况，对常规过断层方法进行优化，总结出一套新的综采工作面快速过断层技术方法，并详细介绍了该技术方法的应用， 为综采工作面安全高效过断层， 加快推进速度，保障矿井产量，提高煤质指明了一条新的技术途径，对近似地质条件综采工作面过断层提供借鉴与参考。

关键词：采煤工作面；断层；挑顶卧底；顶板管理

0引言

断层是常见的地质构造，同时也是影响采煤工作面安全生产的因素之一^[1]。在断层附近，煤层本身及顶底板一般较为破碎，采煤工作面在揭露断层时容易出现冒顶、煤壁片帮等事故，且推进速度缓慢，制约了矿井的高效生产^[2]。根据断层的形态，分析断层对采煤工作面推进造成的影响，并从生产安全、技术可行性及经济合理性等方面进行综合分析，选择并优化符合矿井自身生产实际的采煤工作面过断层方案，在一定程度上可提升采煤工作面推进安全系数及矿井经济效益。

1工作面及断层概况

3₂39综采工作面位于许疃煤矿33采区南翼第四阶段，工作面走向长2148m，倾斜长242m，面积为519816，地面标高+24.94～+25.70m，工作面标高-567～-734m；上区段（西）为3₂37工作面（已回采），下区段（东）为3₂311工作面(尚未准备)，北到33采区上山保安煤柱，南临3₂煤层风氧化带。

图1 3₂39综采工作面位置示意图

该工作面地质条件复杂，根据三维勘探资料，该工作面共发育64条断层，其中槽波地震查出性质不明断层8条。其中DF314正断层最初揭露时在机尾第160架，落差3.5m，方位角 357°，倾角 45°预计走向延伸200m、倾向延伸238.5m。受此断层影响，工作面顶板下切，导致第160架～142架破顶，半煤岩。随回采推进，该断层向机头方向延伸，当断层面延伸至第40架，落差达到5m，导致第40架～75架出现全岩，75架～100架半煤岩，工作面含矸率达到37%以上，全岩段达到21%以上，灰分增加，月度推进度缓慢，平均一个圆班推进一刀，对工作面的正常回采影响较大。

2风险辨识与管控措施

2.1风险辨识

过断层期间工作面可能存在的风险有：①瓦斯

涌出发生瓦斯事故；②断层处顶板破碎，发生顶板事故；③采煤机割断层期间发生飞砟伤人事故; ④断层处坡度大发生矸石滚落伤人事故^［3］。

2.2 管控措施

1. 瓦斯管理方面: ①工作面上、下隅角封堵墙牢固可靠，封堵严密；下隅角吊挂挡风帘，减少采空区漏风；②上、下隅角、超前段及时清理杂物，保证通风断面；③上隅角甲烷传感器严格按规定要求吊挂，实时监测隅角甲烷浓度; ④工作面断层处加强瓦斯巡检巡查，发现涌出异常，立刻停产处理^［4］。

2. 顶板管理方面: ①顶板破碎段提前进行架棚支护，重点加强过断层影响范围前后10m的支护强度; ② 在保证煤机能够通过的情况下，及时拉超前架。采用追机移架、少降快拉带压擦顶的方式移架，支架初撑力符合规定; ③过断层期间，必须严格验收工程质量，保证支架正、直、接顶严密; ④两巷备有支护材料，发生漏顶后及时支护; ⑤过断层时，煤机应放慢速度，牵引速度控制在1.0m/min左右。煤机滚筒过后，安排专人及时把支架伸缩梁和护帮板伸出，以防掉矸漏煤。⑥过断层期间，断层附近回采高度控制在2.8m，严禁超高或过低回采。

3 过断层技术方案

3.1过断层工艺比选

现有的综采工作面过断层工艺常用的有跳采法、调整采高法、平推硬过法及挑顶卧底法。跳采法通常在落差大、影响范围广的断层中应用，可细分为局部跳采法及全部跳采法。调整采高法适合于断层落差不大，且断层上下盘之间的煤层厚度大于液压支架最低支撑高度的情况；采用调整采高法过断层时需要明确断层参数，使得液压支架的支撑高度在合理范围内调整。平推硬过法适用于断层落差不大，且不适宜采用调整采高法的综采工作面；在采用平推硬过法时，需要结合断层参数，结合采用松动爆破对岩石进行爆破，辅助采煤机割岩；平推硬过法施工工艺较为简单，但煤层含矸率较高时，采煤机割煤滚筒截割齿更换频繁，顶板管理难度相对较大。挑顶卧底法严格来说属于平推硬过法的一种，是以采煤机为基础，在采煤机破岩之外采用爆破、风镐等实现采面过断层；采用挑顶卧底法时需要掌握断层详细参数，该技术方式主要适用于落差较大但对采面生产影响不大的断层中，可减少采煤机截割齿磨损^［5］。

结合上述分析，并考虑3₂39工作面回采过程中所揭露的DF314正断层的落差、产状以及对工作面回采期间的影响程度，显然采用挑顶卧底法更为合适。

3.2具体分析

工作面过断层的时候，通常断层落差、煤层厚度、工作面采高等因素决定，通过以下方式分辨：

第一，如果开采煤层厚度相对很大，断层落差相对很小，与此同时，工作面采高和煤层厚度和之差不小于断层落差的时候，即工作面采高不大于断层上下盘煤层对接处，这时候综采工作面能够直接过断层。具体见图 2。

h＜H-M （1）

式中： h 代表断层落差，H 表示煤层厚度，M 是指工作面过断层采高。

图2 工作面直接过断层示意图

第二，如果断层落差大，煤层厚度和工作面采高之差小于上下盘落差时，过断层可考虑截割顶板或底板岩层、采煤机挑顶或割底的方式找到对盘煤层。具体见图 3。

h＜H-M （2）

图3 工作面过落差大断层

3.3设计研究

通过相关地质资料能够得出，DF314正断层落差保持在5.0 m，工作面采高控制在2.8 m，煤层厚度2.8 m，两者相差为0，和公式（2）一致，过断层时可以通过采煤机直接挑顶或割底的方式进行。该断层面从机尾一直向机头方向延伸，上盘是下降盘，顶板下切，所以在过断层的时候，要想找到下降盘煤层，需要进行提前刹刀割底，控制好刹刀距离和幅度。一般情况下，当工作面煤机刹车角度在8°以内，不影响正常抵车、拉架。考虑到工作面推进度和煤质灰分，过该断层期间采取每硐适当增大刹车角度在20°左右，然后人工卧老塘及运输机底部落车的方法，既能更快更多的回采到被断层下切的底煤，又能确保运输机平直正常抵车拉架。

4 应用技术

4.1拉移超前支架。

因为受到地理因素的影响，煤层势必会受到断层拉伸，加之断层附近煤层顶板相对破碎，采煤支护时要采取“少降快拉，及时移架”，另外，在断层附近易出现煤壁片帮，超前支架要做到及时拉移，切记一定要把护帮板及时打出，确保护顶工作顺利开展^［6］。

4.2上网支护。

如果断层面附近的顶板相对非常破碎的话，可以断层面上、下5 架范围内，在液压支架顶梁上方敷设金属网，保证顶板是一个整体。

4.3煤机截割控制。

煤层顶板的矸石比较硬，而且其底板的矸石也很硬，若不容易进行截割，要确保推溜工和煤机司机相互配合，充分使推溜行程减小，使煤机截割循环步距降低，保证割矸量减少，不要硬性截割，方式损坏煤机。开采的时候要控制好采煤机截割层位，保证在符合过机高度的基础上，降低采高，避免因为采动而对附近的顶板和顶板造成影响，减小矿山压力利于工作面快速过断层^［7］。

4.4两端头顶板管理。

工作面过断层的时候，其两端头条件不好，压力比较严重。当端头支护是锚带网支护时，在煤机割通端头以后，维护顶板的时候一般由铺设金属网联合木板，也可以是单体配合U型钢对端头顶板进行支护。端头片帮突出时，超前维护可以通过在支架前梁穿接半圆木或者架设U型钢走向抬棚^［8］。当两端头是U型棚支护时，提前加固U型棚。在U型棚下使用工字钢锚索梁接两面平圆木锁住U型棚，方便超前支架从U型棚下通过时接顶严实。

图

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5 过断层俯采现场管控要求

图6 断层局部地质剖面图

4.5挂图作战，现场指导。

为了最大限度的少破矸石，减小灰分，多采底煤，增加产量。根据地质部门提供的技术资料及断层延展情况，制定过断层“3+1”管控模式，并把该模式管理牌板悬挂在现场醒目位置。同时超前10m和20m进行预测，指导生产。

5结语

总之，许疃矿3₂39综采工作面过断层期间通过采取一系列的方法，有效使得过断层时割矸时间和割矸量减少，与快速过断层要求相符。除此之外，为确保工作面顶板和底板得到控制，采取两端头铺设金属网联合木板梁或U型钢梁、工字钢锚索梁接顶、控制煤机截割层位、支架上网支护、拉移超前支架等方式，这些都对过断层时顶板管理起到积极作用，确保了工作面能够安全顺利推进，实现单月最高产量16 万吨。

参考文献：

［1］徐刚.大采高综采工作面过断层技术研究［J］.山西能源学院学报，2019，32(3)：26-28.

［2］安清彪.大采高综采工作面过断层安全回采技术［J］.当代化工研究，2019(6)：128-129.

［3］梁帅.综采面快速过断层施工技术及安全措施［J］.山东煤炭科技，2019(5)：47-48.

［4］张瑞波.煤矿综采工作面过断层技术分析［J］.陕西煤炭，2019，38(3)：132-134.

［5］李胤春.综采工作面安全过断层技术研究应用［J］.山西冶金，2019，42(2)：123-124.

［6］和正华.综采工作面过断层技术实践［J］.山东煤炭科技，2019(2)：28-30.

［7］冯培荣.基于复杂地质条件下综采工作面开采技术应用分析［J］.能源与节能，2018(5)：95-96.

［8］令狐继耀.综采工作面过断层采煤技术实践［J］.山东煤炭科技，2018，27(4)：91-92.

作者简介：韩栋（1981-）男，汉族，工程师，现任淮北矿业股份有限公司许疃煤矿安监处体系办副主任，Tel：17756185556，E-mail：58486344@qq.com。