综放工作面过复杂地质构造带开采技术

郭星江

（山煤国际能源集团股份有限公司煤业分公司，太原 030009）

0 引言

受多种复杂地质因素的影响，综采工作面断层不但影响了连续开采，导致产量不稳，且还会增大煤炭资源的损失量，无法保证工作的安全性和有效性。复杂地质综采工作面存在多条断层，为了减少复杂地质条件对回采工作面的影响，工作人员应优化工作面的布置工作，将切眼设计为刀把形状，在对接回采工作面与切眼的基础上，最大程度地降低影响，保证回采工作的安全高效进行，提高煤矿企业的经济效益[1－2]。

综采复杂地质力学性质较为特殊，区域断层衍生伴随内部发育推断较为破碎，国内外学者提出了多种开采理论，但均具备一定的局限性与适用性[3－4]。随着煤层的开采，围岩应力发生较大变化，围岩强度也明显降低，对此，煤矿企业应在实测的基础上，结合煤矿地质实际情况划分构造区域，并优化巷道支护参数，以保证开采工作的顺利进行[5－6]。本文基于此分析了复杂地质构造带的基本情况，在优化布置回采巷道的基础上，综合应用过断层技术、支架对接技术、“刀把”处刮板输送机延伸技术，煤层开采全部采用凹型巷道，在降低断裂构造带影响的前提下，减少割岩量，确定合理的回采方案，提高回采速度，减小对综采设备的损坏程度，在最大程度保证煤炭资源回收率的基础上，实现安全生产，切实提高煤矿企业的经济与社会效益。

1 煤矿地质情况

某煤矿开采区整体呈现出单斜构造，位于煤田西南部方向，东部略出现起伏结构，但整体处于平缓状态，由东向西逐渐倾斜。由北向南的走向中，井田呈现出平缓趋势，大部分地段为平缓，不具备较大且倾角。中部与西部地段相较陡峭，倾角较大。当前开采25#煤层，煤层平均厚度可达11.2 m，下部煤层并未开采，厚度在3～25 m范围内。当前煤层开采工作面地面多为黄土台地冲沟及耕地，煤层埋深可达200 m，工作面南部为二采区大巷，西部为实体煤，北部为矿界，东部为采空区。整条工作面开采走向长度为740 m，倾斜长度可达150 m。工作面整体呈现出单斜构造，由南向北走向，开采范围为16条断层，企业利用无线电波进行探测，划分场强值。

根据勘测结果可知，揭露两边断层分别为19 m与20 m，并伴随多个衍生小断层，在工作面内部断层发育，区域断层衍生伴随内部发育推断较为破碎。由测定结果可知，断层发育良好，区域场强值出现较大衰减，但完整性较差。

2 复杂地质构造带分析

煤层平均厚度为11.2 m，下部煤层并未得到开采，厚度约为3 m，层间平均距离为15 m。工作面顺槽长度为890 m，运输顺槽掘进期间间距切眼位置长度在356～466 m范围内。受断层影响，掘进至25#煤层时，工作面揭露16条断层，其中大于10 m的断层为3条，高度落差为13 m，这3条断裂构造对煤层回采工作影响较大，具体运输顺槽测量情况如图1所示。

图1 运输顺槽实测剖面

3 综放工作面过复杂地质构造带开采技术

3.1 优化布置回采巷道

受断层影响，煤矿东采区原设计回采巷道不符合当前开采情况，为了最大程度地获得煤炭资源，应改变原有巷道布置方式，增加中间巷，形成回采巷道正、反“刀把式”布置方式。

3.2 过断层技术

开采区域受断层因素的影响，局部开采区间出现煤壁片帮、顶板破碎等问题，断层上盘下降，揭露了煤层顶板。为了保证作业人员安全，杜绝顶板事故问题，开采人员应合理采用以下措施：（1）工作面顶板与煤壁片帮等受断层因素影响较大的区域，工作面在维护帮顶时应采用打锚杆方法，当工作面片帮大于0.5 m时，应停机打锚，或者利用木板等材料完成封顶工作；（2）为了避免断层上盘下降问题，应利用开帮响炮挑棚梁方法，采用放炮方式落煤，并揭露顶板，当开帮处出现顶帮破碎问题时，工作人员在布置走向时应采用架棚方法。

3.3 改造后部刮板运输机

煤层开采工作面的压力较大，出现较多断层与顶板破碎问题，为顶板支护工作带来诸多难题，加大了液压支架的移放难度。顶板冒落与破碎严重影响了煤炭的正常开采流程，在运输煤矸时只可以采用尾部刮板机设备，延长了开采周期。尤其在开采“刀把”区域时，工作面变短，设备尾溜与维护难度加大。对此，开采人员应改造刮板运输机，拆卸后部机尾动力驱动装置，使刮板运输机采用单电机驱动模式，机头传动，之后罩住外露链轮轴组，注油润滑，拆卸机尾过渡槽，加工对接特殊搭接板与机尾架，降低尾部链轮高度，以便液压支架的维护效果。

3.4 支架对接技术

回采综采工作面时，工作人员布置“刀把”形式，对接探巷与走向方向的探巷时，应合理布置支架间距[7]。在开采倾斜探巷时，工作人员调整支架时应采用单体液压支柱，将倾斜方向内的探巷液压支架推拉头全部解开，保证下移液压支架。之后还应保证配合架缸尺寸的合理性，在对接处调整液压支架，遵循由上至下的顺序，保证靠紧。工作人员在调整支架时，应在两部支架适当位置安装调架缸，根据要求连接安全绳，之后连接缸体的液压管路与液压支架阀组，上好卡具。在连接好液压管路与阀组后，一名工作人员在安全地点推拉缸体，缓慢移动支架阀把，另一名工作人员在安全地点观察推拉缸的支设状态，一旦发现安全隐患问题，应及时停压操纵阀，合理处理。

3.5 “刀把”处刮板输送机延伸技术

回采对接“刀把”煤层时，开采人员应先将刮板输送机的溜尾解体，之后将中部板向后延伸，保证对接良好性。开采人员在解体溜尾时应采用手拉葫芦方法，利用紧链装置松弛刮板链，之后断开刮板链，锁住上下刮板链，避免下滑。之后根据物料的运输操作流程，工作人员将物料运输至指定位置，在放稳后安装中部板。之后工作人员采用单体辅助支撑模式，连接刮板链的用时调整方向，并利用张紧装置张紧刮板链，在将刮板链防锁装置解开后进行试运转。

4 综采工作面回采技术方案

4.1 方案一

工作人员调换开采面运输顺槽、回风顺槽，并在25#煤层距离切眼350～470 m，确定断层影响区域，并补打凹型巷道，保证长度为120 m。之后在断层上盘处补打二切眼，在回采至距离切眼732 m处，工作面停止开采。

此方案中，在煤层中开采全部凹型巷道，降低断裂构造的影响程度，减少割岩量。同时，在布置开采方案时还应采用“刀把式”结构，保证18万t的回采煤量，回采进度较快，对综采设备的损坏较小。但此方案需要新补约400 m的巷道。

4.2 方案二

此煤矿回采时直接沿着巷道进行，不需重新补打巷道，但这也无法保证煤层开采工作面的安全性与合理性。且工作面具备较大量的割岩量，严重损耗了回采设备，降低了回采速度，增大了断层预计影响范围[8]。

根据上述实际开采情况比较两个开采方案，方案一中煤层开采在同一巷道内进行，多工种进行回采与掘进工作，降低开采工作面中后部对回采的影响程度。之后开采人员调换回风顺槽与运输顺槽，缩短巷道的安全开采距离。同时，为了解决远距离供电问题，部分地段还应进行扩帮。方案二中工作面煤矿割岩量为6万t，全岩段采用松动爆破模式，严重损坏了回采设备，无法保证开采的安全性与合理性。

比较分析后回采工作最终采用方案一进行，保证回风顺槽与运输顺槽的整体调换，扩帮原回风顺槽至4.5 m。之后根据断层影响区域，在原运输顺槽距离切眼350～470 m，重新补打凹型巷道，长度为120 m，最大程度地降低地段构造对回采的影响，减少切眼范围内割岩量。除此之外，还应在高度为20 m的断层上重新补打二切眼，完成回采工作后重新补打二切眼，完成拆架与移架工作，增加了进110 m的回采长度，增加了17.4 t开采煤量。

5 综合效益分析

一方面是经济与技术方面获得的效益，比较分析后确定回采工作采用方案一，最大程度地降低构造段对开采工作面的影响，保证开采工作的安全性与高效性，为不规则工作面的开采工作提供技术支持，提高煤矿资源的回收率。在采用方案一开采后，煤矿多开采优质煤约17.4 t，假设煤矿单价为680元/t，成本为300元/t，则可以获利6 612万元。另一方面是社会效益，煤矿开采应用复杂构造技术后，可以为同类型工作面的开采工作提供依据，保证开采设计模型的合理性，在最大程度保证煤炭资源回收率的基础上，实现了安全生产，降低了企业的生产成本，为企业带来良好的社会效益。

6 结束语

本文分析了复杂地质条件下综采工作面存在的开采问题，在实地勘察的基础上，优化布置回采巷道，并综合应用过断层技术、支架对接技术、“刀把”处刮板输送机延伸技术等，在比较回采巷道方案的基础上，确定开采工作全部采用凹型巷道，降低断裂构造的影响程度，减少割岩量。且还应采用“刀把式”回采结构，在降低综采设备损坏度的基础上，加快回采速度，以顺利完成煤层工作的生产任务，为此后类似复杂地质条件下的综采工作提供了更多借鉴依据。