综放工作面过组合断层实践与探讨

金 强

（太原东山煤矿有限责任公司，山西 太原 030043）

太原东山煤矿71503工作面过建矿以来落差最大的H=3.5m、H=3.8 m、H=11 m组合断层成为东山煤矿面临的重大技术难题，根据国内外过大断层方案的研究，结合工作面的地质条件、采动条件和设备情况，参照东山煤矿过断层的成功经验，通过超前合理的决策，确定采用仰俯斜结合爆破技术和煤壁注胶通过组合断层的方法，配套一系列合理科学的组织、技术、经济政策措施，保证了硬过断层地质构造的成功实施。

断层是采煤工作面常见的地质构造，断层的分布及参数对工作面布置和生产有很大的影响,特别是大于采放高度的组合大断层落差大、构造带长、顶板破碎、岩石硬度大，对保持生产的连续性带来极大困难。

71503综放工作面运输顺槽360 m、材料顺槽296 m处揭露产状为 H=3.0 m∠65°、H=3.8 m∠80°和 H=11 m∠65°地堑和地垒组合正断层，斜交工作面影响区域达46 m，工作面推进15 m后23架和88架处又揭露产状为H=4.0 m∠55°和H=2 m∠70°地堑正断层，工作面揭露影响最大范围达90 m，过断层构造带过程中全断面岩石逐渐暴露，片帮、冒顶严重，给生产造成一定困难，给硬过断层带提出了技术难题。

（1）由于工作面煤层平均厚度为6.5 m，选用了ZF4400/17/28型4柱支撑掩护式综放支架。大采高支架的缺点是稳定性差,其适应坡度一般在15°以下。工作面受正断层的影响,断层带及工作面倾向坡度增大至20°～31°以上。在如此复杂的条件下防止挤架、咬架、倒架，保证支架的最佳支护状态是成功硬过断层的重要基础。

（2）通过组合断层带时片帮对顶板控制的影响最严重。正断层构造带长90 m，而且顶板破碎，一旦发生大面积片帮，很容易引发冒顶事故。因此，对破碎顶板、煤帮的控制是成功过断层的关键。

图1 71503工作面复杂构造段平剖综合示意图

（3）当构造带岩石较硬需放震动炮松动时，如何缩短因钻眼、放炮影响割煤时间、有效工时利用、保证各工种平行作业是过断层构造工作的重要条件。

1 过构造主要措施

1.1 组织措施

（1）矿成立以总工程师为组长，生产矿长、安全矿长为副组长，各相关业务科室正职为成员的过构造专项领导组及技术攻关组，分3班跟班与工人同上同下，根据现场情况与队组跟班队共同协商解决现场异常情况。

（2）抽调开掘队专业人员协助钻眼和材料顺槽维护。

（3）生产、地质、通风、调度、机电、安全、运输、供应等部门通力协作、积极配合、提供服务。

1.2 技术措施

1.2.1 打眼放炮

构造段岩石松软时，可用采煤机直接截割；当岩石较硬时，采用放震动炮方法，多打眼少装药，用废旧皮带保护好支架立柱及电缆、管线等设备设施。

1.2.2 严格执行“三调整、三控制”的方案

（1）严格掌握煤岩变化情况，及时调整过断层构造方案。①由地测科负责，每天分3班到现场跟班实测，根据断层构造区段煤岩变化，及时提供工作面剖面图。②当地形复杂情况不明时，采用钻眼探测，从平、仰、俯3个方向进行打眼，保证工作面剖面图的真实性和可参考性。③专项领导组及技术攻关组根据工作面实剖图，共同讨论，制定工作面卧底或挑顶方案。

（2）适当调整工作面的起伏状态。根据地质部门提供的工作面剖面图，合理调整工作面输送机中间部分的起伏状态，保证支架和工作面输送机能正常运行，可适当割底或掩煤，但原则上要尽量减少煤炭丢失。

图2 地测科钻探示意图

（3）调整工作面仰、俯斜推进方向。调整工作面前输送机上行或下行的状态，利用支架的调架千斤托架调整支架的前行状态，同时观测采煤机的运行状态，及时整支前运输机，倾斜控制在10°～20°之间，不出现严重向煤帮或落山倾斜，减少打眼、放炮影响割煤时间，有效工时利用。

图3 71503工作面俯斜图

（4）严格控制工作溜机头、机尾的窜动。过断层构造段机头、机尾并且向里延伸10 m按照原顺槽的起伏状态跟底推进，确保工作溜子在这一区段大体不变坡，其他区段可根据地形起伏适当变坡，同时严格按照《71503工作面作业规程》要求随时调整支架和溜子，保证其在正常的支护和搭接范围内。

图4 工作面剖面图

（5）控制工作面的端面距及煤帮状态。在构造区内顶板稳定性较差，为避免塌顶，应严格控制工作面的端面距，及时拉架伸出前探梁，以减少冒顶事故的发生。

接近组合断层交接带，煤层煤性特别疏软，导致部分支架出现空架，使用锚链将3.2 m长的π型梁捆绑在支架顶梁下进行架前棚顶，移架时采取少降快拉带压擦顶移架，尽可能减少支架反复升降次数。同时特聘河北同城矿业科技有限公司工程技术人员对煤壁加注波雷因加固煤体，注浆孔采用三花眼方式布置，共注2排孔，上排孔距顶板0.3 m，孔仰角25°～30°；下排孔距顶板 0.8 m，孔仰角 10°～15°，孔深 4 m，孔距 1.5 m，排距 0.5 m。施工时通过调整浆液的胶凝速度、渗透性和注浆终压，保证实际有效扩散半径不小于1.5 m。单孔注浆量8～12桶。注浆效果：煤壁不片帮或减少片帮，顶板在空顶距不超过1 m的情况下不漏顶，同时结合仰俯斜开采，保证工作面顺利通过受组合断层影响区域。

图5 煤层注胶孔布置图

（6）严格控制工作面采高。严格控制好工作面的采高在2.5 m左右，根据地形变化，工作溜子和支架提前进行变坡，避免出现采高不够高支架被压为死架，保证工作面能顺利向前推进。

（7）其他技术措施。①回采工作面轨道顺槽机尾往外20 m范围维护措施。轨道顺槽机尾往外20 m范围由于断层地质条件的影响压力较大，出现底鼓、两帮片帮严重现象，对此范围进行人工拉底达2.2 m，上帮扩帮1～1.5 m；巷道两帮原支护为锚杆网联合支护，在原有支护的基础上，两帮锚杆中间再加打一排锚索，锚索采用Φ17.8×4500 mm钢绞线；为了有效防止因压力大而造成底鼓现象，在底板加打Φ20×1800 mm螺纹钢树脂锚杆支护。②调整工作面与断层间的夹角。考虑到倾向断层对回采造成的较大影响，经论证研究决定通过机尾采斜调整工作面角度，使断层面与工作面形成一定的夹角，以求最大限度地减小断层在工作面内的暴露长度，减小对工作面回采的影响。

图6 71503工作面剖面图

2 经济措施

（1）过构造期间，经济政策向队组倾斜，经济政策激励机制效果明显。同时对过构造期间工作积极，生产组织较好，任务完成迅速的个人和班组以及提出合理化建议者给予奖励。

（2）生产队组制定相应的经济政策，同时将竞争机制引入到日常管理当中，以调动职工的劳动积极性。

3 经济效益分析

经计算，71503工作面强行硬过组合大断层多回收原煤4988 t，按煤炭综合售价590元/t、成本320元/t计算，经济利润达134.7万元。另外，重新施工切眼150 m，预计施工工期50天，预计投入工资材料费用180万元；工作面支架、设备安装工期25天，预计投入工资材料费用150万元；材料顺槽倒装运、支架拆除预计工期30天，预计投入工资材料费用160万元，合计经济损失947.7万元，为东山煤矿的采掘接替节约了宝贵时间、创造了良好的经济效益。

4 结束语

通过71503工作面过组合断层构造,得出如下结论：

（1）遇到大的地质构造（特别是大断层）必须提前进行准确的探测，对地质构造的赋存情况做出精确的判断，为生产决策提供可靠依据，同时在掘进过程中加强此范围的支护，比如缩小锚杆、锚索间排距、增加支护密度等。

（2）过断层时，加大动、静态检修力度，确保设备连续正常运转。适当增加各重要工种的人员配置，如支架操作（检修）工、三机检修工等，各工种之间搞好配合，争时间、抢主动。

（3）为确保综采面液压支架有个良好的工作状态，必须加强对支架进行压力检测。通过在工作面、两巷内设点进行矿压观测,系统掌握工作面过断层时，巷道顶、帮移近量和变形破坏特征。

（4）生产过程中必须维护、管理好煤帮，杜绝出现空架现象，同时正常生产机组割煤过程中不留台阶、伞檐，将顶板割平，保证支架接顶严密，防止因支架承载顶板压力不均匀而造成损坏支架、设备现象发生。

（5）过断层构造期间，由于岩石采出量大，机组喷雾、支架喷雾、转载点喷雾和落山注浆等处积水不能及时被岩石带走，极易造成运输顺槽积水成患。防治措施：①掘进过程中在顺槽的每一低洼处施工标准积水池，配备与出水量相匹配的水泵、排水管路、配电设备等，确保工作面能够正常排水；②凡掘进期间巷道有流水的地点必须在行人侧巷道底脚施工水沟；③水沟要与积水池相连通，并随时清淤。

（6）在过断层期间，必须及时验证在过断层中对现场问题处理措施的有效性，发现与实际不符及时进行纠正，确保管理、措施、制度对现场的适应性。

71503综采工作面采用煤壁注胶加固维护结合仰俯斜办法，安全、顺利地通过组合断层带，回收了断层煤柱、缓解了工作面衔接、减少了综采安装、搬家倒面，节约了时间、避免了设备的浪费，有效提高了矿井煤炭的采出率，对企业经济发展起到了促进作用。

[1]成瑞.《71503综放工作面回采作业规程》.东山煤矿，2010.

[2]刘志刚.煤矿构造学[M].北京：世界图书出版社，1990.

[3]徐永圻.煤矿开采学[M].中国矿业大学出版社，1999.

[4]李育泉《综采工作面过断层技术》.山西焦煤西山煤电集团德威矿业公司，2010.

[5]王传身，付彬《综放工作面过断层技术研究与实践》.兖矿集团济宁二号煤矿，2006.