浅谈综采工作面过断层采煤技术

浅谈综采工作面过断层采煤技术

石大鹏

(淮北矿业集团临涣煤矿，安徽淮北 235136)

摘要：本文分析了综采工作面过断层受到的影响、断层成因与综采过断层的关系、影响综采工作面过断层的其它因素、工作面过断层常用方法以及工作面过断层时可采取的其它辅助措施，进而可为综采面过断层提供技术参考。

关键词：煤矿综采工作面；过断层技术；分析与应用

引言：断层是矿山开采和巷道掘进中最常见的地质构造形式。这种地质构造，一是成为煤层附近岩层中有害气体、水流的通道、储存带，造成突发性的瓦斯、水害等灾害事故的发生；二是断层破坏了岩石的整体性、稳定性，使综采工作面顶底板来压规律受到影响，加大工作面支护难度，工作面推进到断层附近时，要根据断层产状、围岩及煤层特性等进行科学、合理的调整，提前分析研判风险，应及时采取经济有效的管控措施，防止工作面出现煤壁片帮、瓦斯涌出、顶板冒漏等灾害发生。

1.综采工作面过断层受到的影响

据有关资料和生产实践验证，几乎不存在没有断层的工作面。所以，探索研究综采工作面过断层的方法成为一项重要工作。过断层时，由于断层带岩石破碎，容易造成冒顶、液压支架的压死、歪架，对工作面推进度和产量影响较大，断层落差越大，影响越明显；工作面与断层的夹角对推进影响也较明显，工作面与断层之间的夹角越小，影响就越大，工作面平行于断层走向时，整体来压可能会造成大面积冒顶。

2.断层成因与综采工作面过断层的关系

不同的地质应力所产生的断裂构造性质也不同，对采煤产生的影响也不同。正断层一般是张应力和剪应力的作用，断层面倾角陡立，断层上下两盘无挤压现象，产状变化不大，张裂带伸展不远，断裂面两侧岩层比较稳定。单一的正断层，过断层比较容易；逆断层因受压应力作用，上下两盘呈挤压状态，上下两盘煤岩层都有较明显的褶皱，派生有羽状节理或“人”字分枝断裂构造，挤压破碎带伸展较远，特别是逆断层中的逆掩断层，断层面倾角多在45°以下，挤压破碎带较宽，断层两侧次生有系列小褶曲，造成过断层采煤难度较大。由于受较强地应力的作用，采煤中遇到的断层多为成组出现，形成各种组合形式，在相当一段距离内破坏了煤岩层的完整性，形成组合较宽的破碎带，为过断层采煤带来困难。

3.影响综采工作面过断的其它因素

（1）裂隙水对综采工作面的影响。综采面过断层遇到的水多为断层裂隙水，部分地下水通过裂隙结构面渗入工作面顶、底板，使顶底板构造破碎带岩石泥化、强度降低，滑动面的摩擦力减小。所以工作面过断层前必须查清裂隙水的水力联系、断层组合关系、渗透特性和断裂面两侧岩层泥化程度。若裂隙水有渗透压力，采煤前要提前采取“防、堵、疏、排、截”五项综合治理措施化解风险。

（2）断裂带宽度对综采工作面的影响。综采工作面过断层采煤时，断裂带宽度不超过支架前探梁长度的一半时，对工作面回采较为有利，如果断裂带宽度超过液压支架前探梁长度的一半，前探梁将大部分或全部进入断裂带，大部分破碎岩石载重将作用到前探梁时，可能超过其承载能力造成顶板冒落。断裂面两侧岩石若是胶结良好的坚硬稳定岩层，即使断裂带宽些，经过支架卸载、移架、支撑等反复作用也不易破碎，是一个综采工作面过断层时较为有利的因素。

（3）断层走向与工作面交角对综采工作面的影响。断层走向与工作面平行或交角很小时，必须将工作面调斜，使煤壁与断层线保持一定角度。夹角越大，交叉面积越小，越易维护，但通过断层的时间则相对延长。根据实践经验，夹角一般宜调至25°以上，若工作面调角呈30°，工作面每推进1m，断层暴露范围不超过1.6m，顶板就较易维护。

4.工作面过断层常用方法

（1）调整采高法。主要运用于工作面通过落差较小的断层，要求所过断层的上下盘之间存留的煤层厚度高于液压支架的通过下限。过断层时，必须先对工作面前方断层位置、参数进行详实的地质调查，细致地了解各项参数，确保支架可在适当的范围内降低至合理的支护高度。调整采高法优点在于工艺操作简便、生产的煤炭含矸率较低，且对设备无过度磨损，有利于设备保养；缺点就是过断层时会损失一部分底煤。

（2）平推硬过法。工作面推进时所遇断层落差较小，却又无法通过调整采高实现，可在揭露断层前依据实测的断层数据直接截割破岩作业，其优点在于工艺简单、易于操作、连续性强，对生产影响较小；缺点是该方法仅适用于顶底板岩层岩性较软的情况，采煤机截齿磨损量大，截割岩石会产生火花，容易自燃及瓦斯含量较大的煤层不适宜采用平推硬过法，过断层时所采煤炭含矸率偏高等。

（3）挑顶卧底法。是平推硬过法的另一种形式，适用于回采范围内落差较大的断层，依靠风镐或爆破等采煤机直接截割破岩之外的其它形式进行过断层作业。过断层之前同样要对所过断层的地质特性详实的调查，依据断层位置和参数数据对炮眼的分布方式、相关参数和爆破程度等进行选择。优点在于可有效避免开采设备的过度磨损，节约成本；缺点在于施工工艺较为繁琐，施工速度慢。

（4）跳采法。

主要应用于断层落差和影响范围均较大的情况，可分为全部跳采和局部跳采两种方法。全部跳采法通过对工作面回采范围重新调整划定，将工作面搬家倒面，跳过断层区域，缺点是工作面需要整体搬家，工程量大且对工作面回采进度影响较大，会损失大量的煤炭储量。而局部跳采则是先缩面，再进行工作面对接，既可以减少煤炭资源损失，又可以减少搬家到面的工作量。在可以采用局部跳采的情况下，应避免使用全部跳采。

（5）综合方法。根据工作面煤层赋存、断层产状、生产实际情况，在综采面过断层时采取的综合性技术方法。该法需要多方面配合，具有一定的复杂性，生产过程中应因地制宜，综合各种方法安全经济高效过断层。

5.工作面过断层时可采取的其它辅助措施

（1）优化工作面设计。工作面设计前充分分析地质资料，严禁落差≥10m的断层在回采范围内，确实难以避开的，要同步设计技术改造方案。工作面回采前，结合钻探、物探及实揭地质成果资料，精准分析工作面范围内断层产状和位置。根据工作面断层探查情况，过落差大于煤厚的断层，距断层50m前，根据断层密集程度与展布情况绘制网格式地质剖面，一般在走向方向每10m一个、倾向方向不少于3个，分析断层位置、产状、影响范围及其与工作面回采推进的关系，设计时适当调整工作面方向，提升工作面与断层直接的夹角。实践证明，如果断层周围岩层强度为中等稳定以上时，则断层与工作面的夹角应≮20°～30°；如果断层周围岩层强度较低时，则断层与工作面的夹角应在30°～45°。

（2）工作面过断层时，采取主动强化支护。工作面存在落差大于煤厚2.5倍断层的，在距断层影响位置100m 前，采取提前注浆加固围岩治理或工作面铺双层金属网措施。过断层期间对片帮后悬空的顶板，坚持使用锚杆、锚索主动支护，实现支护强度最大化，另外支架的仰俯角要＜7°，用挑顶卧底法时，应依据断层的构造性质和顶板岩性等因素综合判断，尽量降低破岩量。

（3）通过断层时应提前降低开采高度。降低采高能够提升支架稳定性，减少破岩作业量，支架的支柱还应保留不少于200mm的活柱伸缩余量，确保过断层时不会出现支架压死。

（4）工作面过断层时，局部区域卧底或留底施工。过断层时，工作面局部区域需进行卧底或留底施工以满足俯仰倾斜回采的需要，则其相邻区段也须采取相同的施工操作，以确保运输机整体变化的平缓性。

结语：总之，综采工作面过断层采煤时，需要针对具体条件，采取不同的措施。既要寻求普遍规律，又要认真研究特殊性。只有不断探索、不断完善，才能使综采工作面过断层更加安全、经济、高效。

参考文献：

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[2]周明杰，等.综采工作面安全过断层技术在实践中的应用[J].西部探矿工程，2013，25(3).

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