煤矿井下采煤工作面过断层应用研究

2021-10-27郭永福

当代化工研究 2021年19期

＊郭永福

（山西华阳集团南岭煤业有限公司山西 030400）

引言

煤矿出现断层是一种自然现象，因为岩层结构与受力强度不均匀，就会出现不抗力的破裂情况，产生岩层断裂的断层现象。煤矿层中的断层都是破碎的岩石构造，存在不稳定因素，煤矿开采中遇到断层工作面是比较危险的，因为断层的岩层不完整，开采的时候如果没有提前处理断层，做好支撑防护工作，采煤作业连续掘进的话，则很容易出现塌方等严重的矿井安全事故。而采煤工作面的过断层技术就是针对断层而做增加的支护措施，提高采煤工作的安全性，让煤矿开采作业能够保持高效率。

1.断层对煤矿开采的影响

断层是地质层中一种常见的岩层构造形态，因为长期的地壳运动压迫岩体的结构，受力不均匀的岩体受到强大的压力与张力，就会受到高强度破坏，导致岩层碎裂。在煤矿的开采工作面中，如果遇到断层情况，综采工作面的顶板碎裂严重，开采设备无法推进作业，而且存在巨大的安全隐患，难以保证采煤作业的安全。采煤过断层技术则是针对采煤作业连续掘进遇到断层的一种处理方式，但是如何有效的处理断层危害，还需要从多方面分析，更好地应用过断层技术，保证综采工作的顺利开展。

(1)对煤矿采区布局和作业方式的影响

煤矿开采前都需要对煤层的地质条件进行深度勘测，然后根据地质情况进行开采布局与作业技术规划。遇到断层的煤矿地质结构，因为考虑到其影响煤层连续作业的复杂性，为避免出现严重的地质塌方与煤矿资源浪费的情况，一般煤矿施工技术人员就会在地质勘察及开采布局设计时，就将断层作为开采区域的边界，尽量不规划在连续作业的范围内。在采煤工作面的过断层技术应用中，必须要根据矿井实际条件，综合勘测分析断层的结构，根据断裂的程度，科学选择开采技术。

(2)对巷道掘进量和工作面布置的影响

煤矿井下开采掘进一般都会布置巷道，根据煤层的分布情况开挖巷道，如果遇到断层结构，煤层受到明显的破坏，巷道的掘进工作也会受到影响，这时候就需要根据断层界面的分布趋势进行巷道调整。在遇到大范围的断层地质时，无法清楚判断煤层的分布情况，要确认煤层的具体位置，则需要开挖新的巷道，这样不仅加重了掘进工作量，还会给地面带来一定的安全隐患。所以在断层的工作面布置中，必须要提前摸清断层的分布范围，做好规避断层，或者选择小范围断层界面通过，降低井下开采作业的难度，更好地保障煤矿开采作业的效率与安全性。

(3)对煤矿井下开采作业安全性的影响

煤矿产业一直以来都被认为是高薪产业，但同时也是高危行业，井下采煤作业面临着重大的生命安全威胁，所以在煤矿企业的发展中，安全生产被视为长远发展的核心指导理念，是高效益的基础。煤矿井下开采作业环境中，复杂的地质条件，高危的工作页面，存在着较为严重的安全隐患，加上断层结构的存在，复杂破裂的断层，可能会导致煤层与地下含水层相通，如果断层界面没有提前做好支护措施，断层工作面可能会对含水层造成一定冲击，严重的可能会引发矿井遭遇水害，出现井下遇水的安全事故。

断层地质结构除了会引发矿井水害之外，还可能会造成煤层中的瓦斯泄漏和积聚，本来井下作业就不通风，断层会导致瓦斯浓度积聚超标，存在让矿工瓦斯中毒的风险。如果矿井内温度过高，或者遇到摩擦、明火等，还会发生严重的矿井瓦斯爆炸事故，严重威胁矿井作业人员的生命安全。断层结构是一种不良的地质形态，会加大井下支护的难度，提高矿井生产作业风险，必须对其进行综合勘察设计，选择出最科学合理的过断层施工技术，保证矿井施工安全。

(4)对煤矿企业生产效益的影响

煤矿产业是高耗能产业，煤矿的生产流程比较复杂，生产成本、开采效率和开采产量、开采安全性等方面，都会对煤矿企业总体生产效益产生影响。煤层开采中遇到断层结构，会让煤矿采区的布局设置难度加大，对开采技术的要求也更高，巷道的掘进量也随之加大，无形之中就加重了煤矿开采成本。而且遇到断层地质层的开采面，因为地质条件复杂，会降低煤矿开采的效率和产量，煤矿的整体收益也会随之减少，而过断层技术应用不成熟的话，还会加大矿井作业生产事故，制约煤矿产业的整体发展。

2.煤矿井下开采工作面过断层技术的安全应用措施

(1)工作面水源灾害的防治

煤矿的采煤工作面掘进过程中，如果遇到断层地质接近地下含水层的时候，必须先对含水层区域做好隔断防护工作，提前规避矿井渗水等危险事故的方式，保障采煤施工进度的稳定。断层地质是引发井下工作面的水源灾害的重要因素，在应用过断层技术隔绝含水层与矿井的时候，必须提前做好整体勘测规划，对含水层进行综合考察，了解地下水文的分布状况，开采施工时提前做好防水、排水措施，防止井下积水、渗水，让采煤掘进工作可以顺利开展。如果发现断层引发的地下水倒灌，需要立即采取措施，疏散井下作业人员，并排出地下水，防止地下水冲刷、侵蚀造成的矿井坍塌等严重事故，保证采煤作业人员的生命安全。

同时，采煤的生产队管理人员要针对每天的掘进速度，地质层的结构变化以及天气降雨情况，采煤质量等，进行综合的勘察检测，对井内工作面进行实时的监控管理，全面掌握地下水的水情变化，如果地下水水位超过警戒线，出现异常水位，就需要立刻上报管理中心，采取紧急措施进行防治，降低矿井的安全隐患。为了更好地应用过断层技术，加强工作安全防护，采煤作业人员必须要深刻意识到“安全生产”的第一指令，按照规范操作，保证科学作业，避免过断层技术应用不当导致的矿井安全事故。

(2)割煤速度的控制

矿井断层的开采作业对采煤技术有着严格的要求，因为断层的地质复杂，碎裂程度不明，容易引发一系列的安全事故，加重企业的生产成本和威胁工人生命。所以在工作面应用过断层技术时，必须要严格测量煤矿的断层采高高度，一般的断层采高高度都是在2-2.2m的范围内，如果遇到超高情况，工作面过断层开采时，采煤设备必须保持低速的割煤作业速度，以2m/min的速度为标准，保证断层工作面的稳定。在过断层作业过程中，采煤机师傅要密切关注开采工作面的支架防护情况，是否会出现大量的泥石掉落，支架松动等情况，如果出现大面积的落石则需要立即停机，找专业人员检测判断开采是否可以继续进行，等确认安全之后再进行断层开采施工。

(3)瓦斯的监测与防治

煤矿井下开采作业，除了要预防断层与地下水的安全隐患之外，矿井内的瓦斯也是引发煤矿事故的重要因素之一。不管是瓦斯浓度超标，还是明火造成的矿井瓦斯爆炸，都会严重威胁到采煤工作人员生命安全，直接影响煤矿企业的综合效益。而煤矿断层中出现瓦斯事故的频率较高，必须要妥善处理过断层的瓦斯问题，才能更好地保障煤层开采的安全推进。在煤矿的过断层作业中，采煤人员必须要做好瓦斯浓度监测措施，保证开采掘进时能够实时监测瓦斯的浓度数值，对断层瓦斯浓度积聚较高的范围，做好排气疏散等紧急处理措施。一旦瓦斯监测设备反映出瓦斯浓度超标，则需要立即停止采煤作业，切断工作电源，迅速安排井下人员撤离，等断层工作面的瓦斯浓度降低，排除安全隐患之后，才能重新进入井下作业。

(4)采煤工作面过断层技术应用的方向与角度

因为矿井采煤面临的地质条件复杂，过断层技术的应用也需要因地制宜，在采煤工作面过断层时，开采工作面的方向和角度都是需要科学调控的。断层内部复杂，过断层开采线的夹角会影响到整体支护工作面，所以必须要综合测量断层情况，调整开采的方向和角度，确保工作面与断层夹角足够支出起顶板。如果采煤工作面与断层的夹角过小，可能会导致断层大面积暴露，采煤支护顶板难以支撑大量的断层碎石，加重顶板压力。