综采工作面过断层的技术探讨

段贤斌

（西山煤电集团公司西铭矿，山西太原030052）

综采工作面过断层的技术探讨

段贤斌

（西山煤电集团公司西铭矿，山西太原030052）

综采工作面过断层期间延缓了采掘接替，降低了煤炭资源的回收率，干扰了采煤工作面的布置。由于断层区域顶板破碎，工作面过断层期间极易片帮，易发生冒顶事故，影响工作面安全生产，增加了开采成本。本文从降低开采损失，减少工作面搬家次数以及降低开采成本入手探讨了综采工作面过断层技术。

综采工作面；断层；技术探讨；措施分析

受地质条件影响煤层开采常遇到断层构造的阻碍，断层构造以组合破碎带形式出现，断层区域的顶板破碎较为严重，破坏了煤岩的完整性。由于断层区域顶板破碎度大，煤岩破坏严重，造成回采环节复杂多变，采煤工作面的布置常常需要更改。断层带区域内顶板破碎程度增加，导致顶底板不平整，支架支护阻力下降。严重时顶板会出现回转来压现象，导致支架被压死；采煤机割岩量增加，导致煤质降低。工程技术人员常常需要根据断层落差、煤层厚度、综采设备最小工作高度、断层岩石硬度、综采工作面推进方向及煤层倾角等要素，制定出适合本矿地质条件与开采进度的综采工作面过断层技术方案。若是综采工作面遭遇小落差断层，优先采用平推硬过措施，若是断层与综采工作面走向夹角偏大且断层落差大，优先选择跳采做新切眼或在断层带掘巷道这类不直接接触断层的方式。

1 断层区域煤岩完整性分析

断层构造多是在地质运动过程中伴随着地层深部应力释放，通过地层直接的挤压、断裂、错动形成的。断层形成后会生成大量构造裂隙，形成的断层区域伴生有大量破碎带，见图1。煤层的顶板以岩石构造为主，从岩石力学强度来看，煤层的抗剪强度较弱于岩石层构造的强度，煤层受到开采扰动后的破碎程度大于岩石的破碎程度。所以在综采工作面过断层时保留完整的煤层顶板要难于保留岩层顶板。

以正断层为例分析，见图2。若工作面推进方向为下盘向上盘，当综采工作面通过断层弱变区A时，煤层严重破坏，煤层断面处的下滑力为F=Wsinα。此时煤层受力强度大于自身抵抗极限，将导致煤壁片帮以及顶板的大面积冒顶，影响综采工作面的安全生产，降低煤炭的回采率与经济效益。若工作面推进方向为上盘向下盘，此时若综采工作面通过断层，则需上盘部位割底板三角状岩石，下盘部位留顶板三角块形顶煤，顶板三角块形顶煤包含在断层破坏严重的弱变区B内，此时顶部三角状煤层由于已经受到一定的采煤扰动，强度极弱易发生端面冒顶事故。

图1 断层带破碎区域示意图

2 工作面平推硬过小断层

能否安全高效地通过断层，决定因素首先在于断层上下盘顶底板之间的煤层高度，其影响因素较大，断层容易通过的区域往往是煤层较高的地方；影响断层安全高效通过的另一个主要因素是允许最小煤层厚度，若允许最小煤层厚度较小，则过断层较容易。

2.1 液压支架最低支撑高度

当综采工作面遭遇到小落差断层时，遭遇断层处若综采液压支架的最低支撑高度值小于断层面两侧所采煤层厚度，综采工作面液压支架可以顺利通过，此时液压支架最低支撑高度H满足下列要求:

式中：

H—保证支架最低支撑高度条件下的备用伸缩值，m；

h1—液压支架最低支撑高度，m；h2—支撑顶板最大下沉值，m。

2.2 断层带破碎区防冒顶片帮参数选择

若综采工作面上盘向下盘快速平推硬过正断层，为了避免工作面液压支架到煤壁控顶区的煤壁片帮与片帮引起的冒顶事故，需要在断层带破碎区域采取一定的技术措施。当断层上盘工作面推进至断层面破碎带附近区域时，采取上盘部位割底板三角状岩石，下盘部位则需要留顶板三角形顶煤，见图3。综采工作面推进到断层面下盘区域时，采到顶板遇到岩层顶板为止进行俯采，调整推进面的水平角度，直至工作面沿煤层底。实践证明，这种方法可以有效地降低断层带破碎区域引起的片帮与冒顶事故。

图3 上盘向下盘强推正断层参数选择示意图

图3中：

式中：γ—仰采角度值，（°）；

h—断层落差，m；

α—断面倾角，（°）；

L1—断层面距离顶板的长度，m；

L2—断层面距离底板的长度，m。

图2 上盘向下盘强推正断层示意图

3 工作面平推硬过落差较大断层

当综采工作面遭遇到大断层，尤其是断层面两侧端盘的落差大于开采煤层的厚度时，采用既切割断层上盘顶板又切割断层下盘底板岩石，上盘底板和下盘顶板都留煤过渡的方法通过断层。为了使过断层期间截割岩石量最小，必须确保破上盘顶板岩石和留下盘顶板煤距离小于断层落差［1］。密切留意断层的移动方向，根据具体的变化调整所破岩石位置，工作面平推硬过落差较大断层示意图见图4。

图4 工作面平推硬过落差较大断层示意图

4 过断层的防片帮冒顶措施

4.1 掘进辅助探巷

若地质状况调查不清楚，在工作面推进过断层时通常会由于顶板的不完整性导致支架与顶板接触不密实，支架顶梁和梁端上方顶板会因为离层破坏支护不及时，造成严重的端面片帮事故的发生。片帮后直接导致了支架与煤壁的端面距增大，破碎的顶板顺着梁端滑落造成端面冒顶。提前掘进辅助探巷有助于尽早了解断层的倾向、倾角等，探明工作面支架与断层上盘顶板的高差有助于采高的控制，根据实际揭露的断层地质状况制定相应的过断层技术方案。掘进辅助探巷还能在其内超前对断层煤帮、上盘及顶板进行支护。保证了过巷期间的安全性，减少了过巷期间因采动影响而引起的片帮冒顶事故。探巷掘进的起点位置大约在进风巷工作面煤壁断层处下盘，紧贴着断层边缘尽量与顶板处于平行状态，长度保持在大约100多m［2］。探巷内紧贴顶板设置捆绑悬吊在顶板上的倾斜木垛，顶板与木垛形成一个整体。为工作面推进到断层时支架上仰接顶创造条件，掘进辅助探巷示意图见图5。

图5 掘进辅助探巷示意图

4.2 树脂木锚杆防片帮技术

煤壁片帮事故易加大支架端面距离，造成控顶距内冒顶，妨碍工作面安全快速过断层。首先用煤电钻垂直于断层带区域附近的煤壁打钻，工作面煤壁上打眼布置方式优先选择三角和双排眼。锚杆钻眼的间距为0.6~1.2 m，钻眼深度大约在2 m［3］。锚杆规格为1 800 mm×30 mm×30 mm，选用的木楔子规格为330 mm×120 mm，选用聚氨酯药卷作为锚杆黏着剂，将药卷提前弄破置于钻眼之内，煤电钻旋转带动木锚杆均匀搅拌借助楔子封住钻眼孔。聚氨酯药包被木锚杆搅拌，发生化学反应形成泡沫渗入煤壁裂隙，将煤壁与木锚杆黏结在一起，防止煤壁进一步发生片帮事故。生产实践证明，在断层处运用树脂木锚杆是一种低成本高效能的防片帮技术，值得在类似地质构造的区域推广使用。运用树脂木锚杆防片帮技术，有效控制了煤帮，杜绝了以往工作面过断层期间发生漏顶、冒顶、片帮的事故，既保证了安全生产，又加快了推采进度，降低了材料消耗，具有明显的经济效益。

5 掘新切眼工作面搬家

该方案是在断层外预掘新切眼，不直接接触断层区域，减少了冒顶与煤壁片帮事故的发生，但是进行跳面搬家施工工期较长，且在施工过程当中要预留一定的煤柱护巷，易造成煤炭资源浪费，三机设备安装成本大，浪费人力物力，掘新切眼工作面搬家示意图见图6。

图6 掘新切眼工作面搬家示意图

6 总结

依据煤厚、断层落差大小、煤层倾角、断层处的岩层硬度、综采支架最小支撑高度、工作面推进方向等因素，通过对以上几种常用的综采工作面过断层方法的分析，论述了几类过断层技术的特点及其适用条件。生产实践证明，对不同的断层构造只要采取有针对性的工作面过断层措施，就能防止煤壁片帮与顶板冒顶事故，减少工作面搬家次数，降低开采损失，减小开采成本。

［1］梅文泽.综采工作面复合破碎顶板管理技术研究与应用［J］.煤矿现代化，2008（3）：42-43.

［2］高山，李生，戴红军.N2705综采工作面断层影响和解决办法［J］.煤炭技术，2008，27（10）：48-49.

［3］郭守泉，彭永伟．综采工作面过断层技术综述［J］．煤矿开采，2008（4）:30-31.

Discussion on Technology of Full Mechanized Mining Face Passing through Fault

Duan Xian-bin

During mechanized mining face passing through fault，delays the excavation succeed，reduces the recovery of coal resources，disturbs the arrangement of coalface.Due to fault zone roof broken，working face is easily spalling during passing through fault，the accident of roof caving is easily happened，affects the working face safe production，increases mining cost.Discusses the working face passing through fault technology from reducing mining loss，reducing the number of face moving and mining cost.

Fully mechanized working face；Fault；Technology discussion；Measures analysis

TD823.8

B

1672-0652（2014）12-0036-03

2014-10-26

段贤斌（1977—），男，山西运城人，2005年毕业于太原理工大学，工程师，主要从事煤矿安全管理工作（E-mail）1048106859@qq.com