高突煤层综采工作面过全断面大断层技术研究与应用

赵晓兵

摘要：随着矿井开采深度的不断延伸，地质条件变得愈加复杂化，煤层赋存条件极其复杂，断层、褶皱等地质条件发育，开采更加困难，特别采煤工作面在回采过程中出现变化大的地质构造如断层等时，致使回采更加困难。必须采用先进技术、先进工艺进行生产，加快矿井高产高效建设。

Abstract： With the continuous extension of mining depth， geological conditions have become more complex， the conditions of coal seams are extremely complex， and geological conditions such as faults and folds have developed， mining is more difficult， and coal mining face faced great changes in the geological structure such as faults during the mining process， resulting in more difficult mining. Advanced technology and advanced technology must be used to produce and accelerate the high-yield and high-efficiency construction of mines.

关键词：高突煤层；大断层；应用

Key words： high outburst coal seam；large fault；application

中图分类号：TD353 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）25-0121-03

0 引言

平煤十矿是一座年产300万吨的大型高瓦斯突出矿井，矿井相对瓦斯涌出量为17.36m3/t，绝对瓦斯涌出量89.1m3/min。在十矿开采的历史上，由于受大断层、褶皱等地质构造影响及为了减少煤炭资源的丢失，很多采面在设计布置时都无法避开较大的断层或褶曲。

1 采面概况

平煤股份十矿丁5、6——21150采面位于十矿北翼丁一采区，属-320水平丁组下山东翼第三阶段。采面走向长度748.5m，倾斜宽平均为181.7m，切眼斜长184.2m，煤厚平均2.0m，可采储量27.35万t，回采过程中采高控制在2.0m左右，见顶见底。

该工作面所采煤层为丁5、6合层，煤层结构单一，煤层倾角7.4～11.9°，平均9.5°。煤层直接顶为厚度2.0～5.0m左右的泥岩和砂质泥岩，中间夹1m左右的砂岩，其上为5～15m灰白色中细粒砂岩和砂质泥岩，中间夹两层0.4～0.6m薄煤带。直接底为2～16m的灰色泥岩，其下为28m的泥岩和砂质泥岩，中间夹1.4m左右的煤层，直接顶顶板类型为二级。

该工作面地面标高：+240～+280，工作面标高：

-342～-420。该工作面为高瓦斯突出工作面，瓦斯绝对涌出量10.68m3/min，瓦斯压力为1.5MPa左右，瓦斯含量为6.42m3/t。地质构造较为复杂，影响最大的是7.5米大断层，断层在风巷5013点外4米处出现，走向N14°E，H=5.0米，并向机巷方向延深，在机巷5014点外19米处出現，走向N19°E，H=7.5米，受此断层影响造成采面85～95米全岩。

风巷上侧工作面21130回采时曾经发生过24次小型压出，多以地应力为主导，本工作面处于21130面下一阶段，故仍有突出危险，特别是工作面机巷侧50m范围。

2 确定强过断层技术方案

根据平煤集团以往的回采经验，高突工作面出现类似断层时，一般采取跳眼，采用此方案最大的缺点是工序多，投资大，收益小，诸如掘切眼、工作面收尾、回收、安装等，工期长，工作面不能连续生产，还造成煤炭资源的损失。同时，若采煤工作面掘外切眼时必须停采，易造成煤炭自燃，对安全生产极其不利。

丁5、6—21150工作面已推进至原设计跳眼段的停采线，该断层为正断层，落差7.5米，根据风机巷暴露全岩段情况，风巷35m，机巷28m，预计按正常回采方法，在采面沿倾向将影响130米左右，全岩段约85-90米，根据采面煤层倾角、赋存状况、断层影响程度等情况，采用在断层段增大采面倾角方式，经计算，可以将断层段在采面压缩在60米内。决定不进行跳眼，采取爆破强过方式过断层，直至断层结束。

回采过断层期间，预计当采排从断层的下降盘向上升盘方向推进时，受外侧下降顶板的遮挡，里侧煤体的瓦斯释放将会受到阻碍，工作面在通过时瓦斯增大、压力升高，极可能发生突出。采排或主机由断层的下降盘向上升盘方向推进时，一般更容易发生突出，在过此断层时预先增加采面浅孔数量和深度，断层地段，顶底板破碎难支护，极易冒顶，直接影响工作面的安全生产，也影响到原煤质量。

断层头处的下盘采面上部适当托顶煤逐步过渡到沿顶回采，上盘逐渐破顶，直至采面暴露至全岩，采面目前倾角平均9度，断层段人为控制倾角为20～35度之间，以缩短断层的影响范围。

3 过断层方案

3.1 工作面三机概况（表1）

3.2 提前调整采面伪倾斜

为了保证工作面在过断层时期采面运输机处于合理位置，伪斜回采管理是综采技术管理的关键，伪斜调整不当，不仅会使运输机上窜下滑，造成上下出口难以管理且不利于采面支架控顶，而且容易导致支架歪架、倒架，使顶板失控，直接影响着煤矿的安全生产。丁5、6-21150工作面煤层倾角变化不大，煤层倾角7.4°～11.9°。根据经验公式，伪斜与真倾角方向的夹角等于或接近于真倾角的1/3。伪倾斜超前距离经验计算公式为：

按照经验公式，伪斜超前距离应为8.5m，但在过断层时，由于采面断层段倾角变化，造成运输机下滑严重，后逐渐加大伪斜距离，当伪斜加大为11.5m时，运输机停止下滑，随后我们有意识地增加伪斜距离，当超前距离为14m时，运输机开始上窜，伪斜降至10.5m后，工作面正常推进。

从风巷暴露，逐渐往机巷过度，具体起坡点和倾角掌握由队技术员负责，并根据采面过断层期间采面倾角不一致制定出不同的支架调斜角度，确保采面所有支架正、直接顶严密，防止歪架、倒架，确保运输机平稳过渡，支架正常推移。同时加强断层段顶底板管理，确保断层处顶底板与运输机平稳过渡，支架不出现错差。断层头处若出现空顶、片帮，或所托顶煤掉落时必须对顶板支护后再进行割煤工作。

4 断层段采高及爆破方案和安全注意事项

①断层段暴露岩石均为砂岩或硬质砂质泥岩，运用YT24型风动凿岩机进行打眼施工。（凿岩机参数如表2）。提高了打眼速度，降低了劳动强度，为生产赢得了时间。

②断层处破矸地段严格控制采高在1.6～1.7米以下，尽量减少破矸量，以减轻劳动强度、保护主机和确保煤质。

③严禁主机硬割岩石，必须提前对岩石进行爆破松动后才能过主机割煤，以免損坏设备。

④放炮时炮眼采用三花眼布置。炮眼参数：眼距1.0米、眼深1.5米、上排眼距顶板500mm、仰角10度，下排眼距运输机面上100mm，俯角15度。水平方向倾斜均为80度，装药量1-2卷/眼、水炮泥1个/眼，炮泥封满炮眼剩余长度，每放一茬炮允许推进2刀，爆破效果不好时，必须及时补眼或改为一刀一放。

⑤打眼工要严格执行《煤矿工人技术操作规程》中煤电钻打眼工的有关规定。

5 顶板支护质量管理

5.1 支架支护质量管理

①支架初撑力不低于规定值30MPa的80%，即24MPa。

②支架要排成一条直线，其偏差±50mm，中心距1.5m，偏差不超过±100mm。

③支架顶梁与顶板平行支设，其最大仰俯角<5°。

④相邻支架间不能有明显错差（不超过顶梁侧护板高的2/3），支架不挤、不咬，架间空隙不超过规定（100mm）。

⑤支架与输送机要垂直，偏差<±5°。

⑥支架要垂直顶底板，支架歪倒<7°。

5.2 两巷端头及原设计中切眼支护管理

为了确保过断层期间采面风机两巷三角区的支护可靠，规定如下：

风巷端头采用圆木梁配合单体柱支护方式，齐梁直线柱布置。风巷端头靠采面最后一架上侧200～300mm打一排单体柱抬棚，视风巷端头剩余其宽度均匀布置若干排单体柱抬棚，沿倾斜方向排距不大于0.5m，柱距不大于1m，柱、排距误差不大于±100mm。必须使用？准160mm、？准180mm圆木梁，且保持一梁三柱，且迎山有力。

由于受大断层影响，机尾过风巷超高段时，风巷内顶必须刹实，拉架后根据刹顶情况，必须把机尾尤其最后3架支架升紧，推运输机机尾时，机尾剩余几架正常推溜，如果由于机尾处于风巷中，正常推溜推不动时，可用单体柱帮力，把运输机推至合适位置后，稍降支架，把支架拉至规定步距。

机巷端头采用铰接梁配合单体柱支护方法，齐梁直线柱布置。运输机机头上方距第一架不大于200mm处架一对4m的π型钢梁支护，保持一梁三柱（过机头时可保持一梁二柱），齐梁布置，均匀穿叉在基本棚中间。π型钢梁排距不大于0.5m，两根π型钢梁平行搭接。作业期间两根π型钢梁交替外移。视π型钢梁距下帮宽度均匀架设铰接梁抬棚，排距0.5m，柱距1m。抬棚单体柱选用DZ系列2.5m、2.8m，铰接梁选用HDJA-1000铰接顶梁。

原中切眼内必须在距回采一个老顶周期来压距离前进行提前加强支护，支护采取在中且眼内的锚网梁上加打单体柱方式，对顶板破碎或下沉、离层段要提前打密集点柱和架设一梁三柱的抬棚，单体柱必须经常检查，发现卸载、漏液、损坏的柱子，必须及时更换，严禁使用损坏或失效的柱子。

6 断层段矿压监测管理

矿压监测内容：该采面主要监测支架阻力，两巷超前支护内单体柱阻力观测，以及支护质量动态监测，根据观测结果分析，掌握断层段工作面顶板活动规律、来压特征、工作面受力特点、围岩变化及顶底板、煤层的稳定性。

①采面：采用在线矿压监测系统进行实时动态监测，采面共设9个测站，机头第5架安设一台，机尾第120架安设一台，中间均匀设置7个，间距15架安装在支架掩护梁下。由专人负责地面计算机监控采面压力变化情况，并记录保存监测结果，及时上报矿压观测小组。

②两巷矿压观测：单体液压支柱阻力监测主要利用测压枪监测，检修班架设超前后，由当班验收员对单体柱进行测量，生产班验收员对端头支护单体柱进行监测，并记录好各项测量数据，及时上交队矿压领导小组。

③队矿压观测领导小组根据监测数据，及时分析研究，掌握过断层期间采面压力变化情况与顶板来压特点，提前采取相应的措施保证支护可靠，指导安全生产，并三天周形成一次矿压分析报告。

7 结论

大断层的安全顺利通过，减少了一次回收、安装的工作量，缓解了矿井采掘接替的紧张局面，为矿井的高产高效建设奠定了基础，探索、总结出一套安全过此类大断层的成功经验，对地质条件相似的矿井或矿区过大断层有一定的指导意义。