浅谈综采工作面过断层的技术应用

2020-05-29武学兵

山西化工 2020年2期

武学兵

(山西阳城阳泰集团屯城煤业有限公司，山西晋城 048103)

引言

以某煤炭公司采煤作业中一段工作面为例来对综采工作面过断层技术予以分析。该工作面为一单斜构造，煤层倾角在3 °～17 °左右，由于其不均匀性，煤层厚度也存在一定变化，大致控制在4.4 m～6.4 m之间。局部存在0.05 m左右的夹矸，但整体稳定性较高。在回采过程中，距离工作面560 m左右的位置上出现正断层，其方向与工作面走向一致。如图1、图2所示。材料巷道及运输巷道均集中在断层附近，产生的落差分别为113.5 m和15.5 m。在回采作业中，存在较多矸石，对煤炭质量的影响较大。

图1 断层平面示意图

图2 工作面材料巷过断层剖面示意图

1 过断层方案的选择

目前在综采工作面施工作业中，过断层的方法主要有三种，即，降低采高法、跳切眼法和直接推过法。工作人员需要结合现场实际情况，综合分析和评价这三种方式，选择最为合适的施工方案，保证回采作业质量。

1.1 降低采高法

降低采高法一般被应用在断层落差较小、上下盘接触之间的煤层厚度与液压支架相同的工作面中，而由分析本工程工作面断层情况可知，煤层的平均厚度控制在5.3 m左右，断层落差在14 m左右，差距相对较大，且煤层与上下盘之间也不存在衔接性，所以该方法并不适用于本工作面回采作业中。

1.2 跳切眼法

本回采作业中，工作面与断层的走向一致，这时如果使用跳切眼法进行工作面过断层施工，则需要在另一盘位置上重新进行切眼施工，当工作面推进到断层位置时，才能跳过断层继续开展回采作业。该方法降低了回采作业中机械设备的损耗。但其劣势为：在断层重新切眼会造成较大的人力、物力及财力方面的损耗，增加煤炭消耗量，进而增大企业成本支出。同时，该方法也加剧了应力集中问题，增加了施工作业的危险系数，所以该方法不适用于本次施工作业。

1.3 直接推过法

在研究分析中发现，降低采高法和跳切眼法均不适合本次施工作业，所以在工作面回采中，只能使用直接推过法来提升采煤作业效率，保证企业经济效益。在使用直接推过法时，具体施工方案主要有：

1) 直接推过断层

该方案主要是通过主井煤仓的应用将综采工作面过断层时产生的矸石和煤炭洗选分离出来，进而达到施工目的。具体操作流程为，先在工作面上设置两个主井煤仓，将回采作业中产生的矸石和煤炭全部运送到煤仓中，并传输到洗煤厂内，利用相应设备对矸石和煤炭进行洗选分析。

优势为：在回采作业中，不需要设置施工掏槽巷，节约了回采作业中的施工成本。结合本工程情况来看，该环节节约的材料费用约90万元左右；在施工过程中，不需要额外设置通风系统，原有的通风装置完全可以满足施工要求，保证工作面的空气质量；通过该方法的应用加强了层位控制与施工掏槽巷的管控，降低了管理难度；工作面中由于未设置掏槽巷，所以提升了顶板管理的效率。

不过该方案在落实中仍存在一些不足，具体内容为：工作面过断层施工中加大了设备的磨损概率，缩短了设备使用寿命；工作面过断层时，需要实行打眼及震动放炮，所以延长了这两道工序的施工时间，并造成了一定损耗；在实际施工中，会产生较大的割矸量，这就加大了运输难度和复杂性；后期的矸石洗选中不仅会带来较大的资金损耗，同时也会对原煤质量带来较大影响。

2) 掏槽过断层

结合本工程的具体情况，在落实掏槽多断层方案时，需要设置3条掏槽巷，其长度及巷道断层面积分别控制在170 m和9 m2左右。在实际施工过程中，先实行上下煤层之间的夹矸，再开展机械推进工作，这样一来上煤层顶板中产生的岩石较多，且岩石硬度较大，增加了切割难度。反观下煤层，岩石硬度较小，切割则较为便利。为此，在落实掏槽过断层方案时，需加大对上煤层顶板岩石段矸石的施工，以提高整体工作效率。

掏槽过断层的优势为：一方面要减少综采工作面过断层时产生的割矸量，保证煤炭的质量；另一方面，降低工作面多断层施工作业中机械设备的磨损，延长设备的使用寿命；另外，放震动炮环节内的工程量也得到了一定的缩减，完善了施工流程。

该方法劣势在于：①施工人员需要提前实施掏槽巷施工，增加了施工材料成本费用；②因为掏槽巷与回风巷重叠，使施工中很难保证良好的通风效果，增加了施工难度和危险系数；③该方法仍然保留了放震动炮的环节，在回采作业施工中，降低了掘进工作的连续性；④施工中，需要保证工作面坡度与掏槽巷坡度的一致性，但由于施工场地有限，所以需要采用人工控制方式来确保二者的一致性，这无疑增加了工作面回采作业的难度；⑤掏矸巷的面积相对较大，掏槽巷的断层带位置居中，这使得应力现象较为明显，增大了顶板管理的困难性；⑥掏槽巷在施工过程中，需要先进行单体点柱或木垛的施工，而这就增加了超前维护的工作量；⑦掏槽巷很容易受到采动影响进而产生变形问题，如不能对其进行有效处理，则会直接影响回采作业的难度；⑧掏矸量的处理效率较低，仍存在矸石与煤炭混入煤流系统的情况。

通过对上述两种方案分析对比，从工作面的具体情况、掏矸量、放震动炮及管理工作等多方面因素综合考量，确定采用直接推过断层法。该方法可保证工作面回采量，提升管理水平，加强施工作业的安全性。

2 具体实施步骤

2.1 过断层前的层位确定

在综采工作面过断层回采作业前，需要先做好相应的准备工作，其内容主要有：工作面角度的调整。为了保证施工质量，需要将综采工作面的坡度调整到与断层走向基本平行的位置，确保在回采工作中，煤炭的合理收集和处理，避免损失的形成；根据相关部门提供的预想剖面情况，制定合理的挑顶措施，以促进后续工作的顺利进行；上煤层顶板岩的切割作业可采用放震动炮来提升切割效果。不过在切割过程中，要做好设备保护工作，避免岩石坠落影响机械设备的使用安全。

2.2 过断层时的层位确定

由于本工作面中断层的落差较大，运输巷和材料巷与断层的位置较为接近，所以在回采作业中，当运输巷侧工作面接近过断层位置时，需将工作面推采坡度提高到18°以上，之后再利用飘刀进行上下盘破层作业，确保回采作业的有效推进。在破层中，上下盘的厚度要控制在2.2 m～2.5 m。在工作面过断层后，应保持坡度不变，进而开展后续的推进工作，以提高下煤层及上下煤层之间的夹矸施工质量。

2.3 过断层采取的措施及影响时间

2.3.1 采取措施

为改善综采工作面过断层时矿井内原煤的产量，在实际施工过程中，需在确保接续的基础上，采用错时生产的方式提高施工质量，增大产量。在其他工作面进入检修时间后，对本工作面实施回采作业，每天的回采距离可控制在1.6 m左右，回采后的原煤要及时运送到主井煤仓内，同时利用洗煤设备及时处理，提高原煤产量。

2.3.2 影响时间

本工作面过断层回采的影响长度在30 m左右，正常情况下其影响时间应该在19 d左右，但考虑到上下煤层之间的夹矸长度也在30 m左右，如果按照每天回采1.6 m的距离计算，该工作面过断层的影响时间应在38 d左右。

2.4 两巷维护及设备管理

在两巷维护中，要加强断层区两巷顶底板的管理，落实顶底板的加固措施；及时更换卸压、损坏和实效的单体支柱；工作面两巷出现片帮时，必须支设垫柱实施背帮处理，防止漏顶问题的产生；在工作面过断层施工时，工作人员需要对超前支护内的巷道顶板进行实时观察和了解，对其中存在的问题进行及时解决。

在工作面设备管理中，先要明确工作面回采作业中使用的设备类型和种类，了解其具体特征，进而制定合理的维修和养护方案，保证设备运行质量；制定每天的设备检查计划，及时掌握设备运行状态，避免“带病”运转情况的发生。其次，加强泵站和液压支架的管控与维护力度，确保设备的正常运转，避免故障问题的产生，保证回采作业的可靠性和安全性。最后，对液压支架的零部件进行定期检查，对老化或磨损较为严重的零件要及时进行更换。