工作面过断层技术研究

崔存海

摘要：本文系统分析了现阶段采煤工作面过断层方法和采煤工作面过断层期间顶板控制技术。基于此发现，采煤工作面过断层技术的研究大都是针对在现场测量、岩石力学性能实验、相似模拟实验以及数值模拟等方面的研究，取得了许多有价值的成果，但涉及采煤工作面过断层方法的革新很少。

关键词：工作面；过断层；顶板

1 采煤工作面过断层方法

采煤工作面过断层的常规方法有跳采法、改变割煤高度、硬过平推以及化学加固法等。煤矿中的断层是指，煤岩体或岩层破裂后其断裂两侧的岩层（岩体）有显著位移落差（断裂构造）。过断层的难易程度与其自身的落差高度和倾角，以及煤层的硬度、煤厚、顶底板岩性等诸多因素息息相关。目前，过断层方法主要有以下几种[1]：

（1）调整割煤高度法。通过调整割煤高度来通过断层，实际操作中采取留顶煤或底煤方法过断层。通过断层后逐步见顶见底开采，恢复原采高。此方适用条件是断层落差较小，且断层上下盘接触之间煤层的厚度大于或等于液压支架的下限通过高度。

（2）割顶法或起底法。割顶法就是通过切割断层上盘的岩体的方法，使得工作面通过断层。即，沿着工作面推进的方向，过断层前的工作面直接底板低于过断层后的工作面直接底板时适宜采取割顶法。该方法适用的地质条件为，當采掘面煤壁松软易片帮，顶板岩石不坚硬而底板岩石不易切割，以及采掘面的断层落差不大。当沿工作面推进方向，过断层前工作面直接底板高于过断层后的工作面直接底板时采取挑顶法或起底法过断层均可。

（3）留垛跳采。即在断层的地方设置垛，以重新打巷的方式过断层。当断层位于在采掘面两端时，可沿煤层通过正常段与断层方位平行开掘一条全煤巷道与材料巷或运输巷贯通，工作面缩面回采躲过断层，随推进开采随接长工作面的溜子。当断层位于采掘面的中间时，可先在断层处留垛，然后采用跳采方式先过断层，随后开通工作面，确保两巷连通。如果采掘面的倾向断层落差较大，可先打切眼，然后跳过断层。

（4）预掘巷过断层法。目前，预掘巷过断层方法的研究大都是预掘巷间不留设岩柱，预掘巷间留设岩柱法过断层鲜有文献报道。张东升等提出了预掘巷过断层及其矸石井下处理技术，即在回采前，先采掘出断层中全部岩石，与此同时支护采掘出的巷道，这样采掘面通过此巷道，直接过断层。因此，当采掘面推进到断层位置时，过断层就变成了过空巷。总的来说，工作面所采用的刮板输送机和采煤（掘进）机等设备仰角（俯角）小于19°时就能够顺利通过。此方法的优点是断层附近的岩石已经预先处理，工作面通过时速度较快，且采煤机不截割岩石。存在的问题：一是通风管理困难，既要保证工作面通风而且要使岩巷有一定的风量稀释瓦斯；二是岩巷的顶板管理有一定困难，因为断层带岩石多数较破碎，而且受到工作面超前支承压力的影响，进行支护的难度较大。王晔提出了预掘爆破巷法过断层技术，即采取在采煤工作面运输顺槽，随后在巷道的两帮坚硬围岩打眼放炮，强制松动爆破，对影响采掘面推进的围岩预先处理，消除了坚硬底板岩石对工作面正常推进的影响。韦良文等基于关键层理论，分析了断层预掘巷技术的可行性，并对其支护参数进行了数值模拟优化分析，同时考虑工作面预掘巷受采动影响的作用，确定出了工作面预掘巷合理的支护参数。

2 采煤工作面过断层期间顶板控制技术

工作面过断层期间，由于地质条件复杂，无法完全掌握。要是处理不好，就会导致无法完全接顶。顶板在支架上方因产生离层而破坏破碎，导致支架不能有效支撑，如若不及时维护，将会导致冒顶等事故，尤其是断层影响范围内的支架正在推移刮板机时，会形成集中应力，对采掘面的安全回采影响非常大。下面介绍几种常用的采掘面过断层期间顶板和易片帮煤壁的控制技术[2]。

（1）现阶段，常用的顶支护板控制技术可分为及时支护、超前移架和带压擦顶移架：①及时支护的技术方案先后顺序为，首先在采煤机割煤后先移架，然后再移刮板机，移架后要及时开启护帮板，防止采掘面煤壁片帮。②超前移架的技术方案先后顺序为，当采掘面最高片帮的高度超过0.8m以上时，要超前采煤机才能移架，及时支护悬浮的顶板，此时要小心采煤机割碰支架的顶梁。③带压擦顶移架的技术方案先后顺序为，移架时要注意降柱高度，确保其具有一定支撑力，让支架的顶梁贴着上方直接顶前移。现场移架中不能强行移架防止支架遭到破坏。

（2）现行的封顶封帮控制方法主要有平行工作面挑梁护顶和垂直煤壁架棚两种方法，适用条件和具体操作方法分别如下：①平行工作面挑梁护顶适用条件是，采煤后新裸漏出来的上覆顶板短期没有发生冒落，但是在移架后则可能冒落，可采用该措施。其具体做法为，先将顶板较为完整处的支架移架，与此同时，在前梁上方，沿平行煤壁的方向布置木板梁。由木板梁先支撑附近较为破碎的顶板，随后将顶板破碎处的支架移架。当顶板破碎非常严重且容易冒落时，可以在其上方布置锚网和木垛等支护材料。②垂直煤壁架棚护顶适用条件是，当采掘面上方得顶板随向前推进而冒落时，且冒落面积非常大时，用平行工作面挑梁护顶法是不能及时支护的。遇到这种条件下，可以在相邻的两支架之间超前布置垂直煤壁的钢轨（木板梁）进行支护顶板，钢轨（或木梁）可用钢丝绳（或锚链）捆住支架的顶梁，支架的前端护住煤壁。当移支架时，可用钢轨（或木梁）使悬露的顶板与采掘完的空间相隔离，从而有效控制破碎顶板漏石，避免造成人员伤亡和财产损失。

（3）注浆加固破碎顶板[3]。当采掘面巷道遇到断层散碎带时，利用注浆材料将将散碎带的破碎岩石胶结起来，使破碎顶板加固坚硬成为整体。可很好加固采掘面围岩的松散带，提高围岩的承载力，从而防治顶板垮落。

3 结语

本文总结了现行主要的采煤工作面过断层方法和采煤工作面过断层期间顶板控制技术，并指出这些方法的适用条件和具体的操作技术，为采掘面安全回采提供现场指导和理论依据。

参考文献：

[1]张志忠.综采工作面过断层技术研究[J].山东煤炭科技，2015（9）：4950.

[2]王建波.综采工作面过断层技术研究与探讨[J].科技信息，2009（31）：800.

[3]杨文斌.大采高工作面过断层技术[J].煤炭工程，2010，1（8）：3941.