基于综采工作面过断层采煤技术分析

2024-01-29冯智杰

西部探矿工程 2024年1期

冯智杰

（山西世德孙家沟煤矿有限公司，山西忻州 036600）

断层问题是由于地壳剧烈运动所造成的一种特殊地质构造，会造成一定的危害，在综采工作面过断层采煤技术的应用实践中，有必要结合复杂的地质条件和煤层开采环境，加强对该技术的创新应用。采取有效的过断层采煤方法，提高综采工作面过断层采煤技术的应用水平和应用效果。

1 综采工作面过断层问题

岩层受到作用力之后，如果作用力的强度远远超过岩层的强度，就会形成断裂，发生断裂，两侧岩层的位移不明显，称之为裂隙，如果出现了明显的位移情况，则将之称为断层。在综采工作面的采煤实践中，通常断层的断距是重要的影响因素，受到地质应力的影响，断裂构造的性质各有不同，对综采工作面过断层采煤的影响，也存在一定的差异性。根据断裂构造几何形态的不同，可以将其分为正断层和逆断层两个部分，通常情况下，正断层是受到张应力的作用或是剪应力的作用形成，断面层的倾角呈现出陡立状态，断层的上盘和下盘之间不存在相互挤压的现象，断裂面两层岩层的稳定性较强，如果正断层为单一断层，在过断层采煤时容易将其忽视。

逆断层是在压应力的作用下形成的，上下盘呈现出互相挤压的状态，有强烈的煤岩层褶皱，特别是逆断层中的逆掩断层面倾角为45°，有着一定宽度的挤压破碎带，断层两侧次生倒转小褶曲，采煤难度较高。综采工作面断层会引起一定的危害，因为断层会使得煤层附近岩层中出现有害气体蔓延、水流风险。断层变成了通道，导致有害气体和水流等安全隐患因素的进一步扩大，增加了突发性瓦斯事故问题的发生几率，会使得岩石的稳定性和整体性受到破坏。采煤工作中，工作面顶板和底板的来压规律受到了直接的负面影响，加大了综采工作面支护的难度，工作面和断层走向保持垂直状态的情况下，综采工作面会受到整体来压的影响而出现垮塌，造成大面积冒顶等后果。

在综采工作面过断层的过程中，经过断层岩石时，考虑到岩石处于破碎状态很容易出现冒顶事故问题，并且冒顶高度，与不过断层时相比，高度值更大，在采高底板等动态变化下，综采工作面经过断层区域时，发生液压支架倾倒和压死的几率更高，工作面的产量会受到影响。在断层位置出现产量降低的情况，如果断层的落差较大，产量降低的情况将会更加严重，断层和工作面的夹角决定了工作面的产量，工作面和断层之间夹角越大，产量下降值较小，夹角越小，会导致产量大幅度降低，采煤方法分类见图1。

图1 采煤方法分类

2 综采工作面过断层方法

2.1 调整割煤高度法

在采煤过程中避开断层的方式多种多样，其中调整割煤高度的方法是一种有效避开断层的方式，在生产作业之前，首先需要对工作面与断层前方的距离进行计算，了解距离长短数值，再根据距离数据信息，调整割煤高度。在生产作业的实践环节，保留顶层煤、底层煤，通过断层之后再对顶层和底层煤进行开采，该方法通常适用于落差较小的断层情况下。如果断层中间的煤层厚度保持在液压支架可通过的范围时，利用该方式可以取得理想的成果。但是如果出现了特殊情况，需要上扬工作面降低采高过断层，以此保证顺利的展开采煤作业[1]。

2.2 挑顶起底法

挑顶起底法的应用是截割周围岩层的一种方式，在断层中使用采煤机进行挑顶或采取卧底处理的方法，实现顺利地过断层目标。利用该方式可能会遇到两种情况，一种是截割方向沿着工作面逐步向前推进，这时工作面需要在过断层之前保持直接底板低于过断层后的直接底板。采取挑顶法，对照液压支架的最低通过高度断层，上下盘之间的煤层厚度应不超过该高度值。在该情况下，可以使用挑顶起底法，查看工作面顶底板周围岩层的坚硬度，如果坚硬度值较低，需要借助采煤机的功能，实现挑顶起底的处理目标。工作面顶底板周围有着较为坚硬的岩层，无法使用采煤机滚筒进行切割处理，需要采取超前处理的方式对断层进行调整，结合现场的实际情况，对该方式的应用效果进行判断和分析。

2.3 跳采法

跳采法是结合生产作业的具体情况使用的一种方式，如果断层发生的位置处于工作面两端，可以沿断层和煤层平行的方向进行巷道挖掘，这条巷道需要连接到区段运输巷和区段材料巷，绕开断层进行回采作业，确保回采工作的顺利实施。如果出现断层被工作面所包围的情况时，就必须要使用跳采法进行生产，在断层位置进行处理，开出巷道，将工作面打通。回采作业的过程中，如果倾向断面的落差较大，同样需要采取跳采法进行处理，实现综采工作面过断层处理的目标，过断层跳采法示意图见图2。

图2 过断层跳采法（1.区段运输巷；2.补充巷道；3.工作面出现的断层；4.区段材料巷）

2.4 综合方法

综合方法是以实际情况为依据，利用综合性技术方法实现综采工作面过断层处理的目标，综合方法需要集中多方面的技术，配合工艺应用。多种因素会对采煤进度产生影响，采煤技术的综合方法应用中，要遵循着因地制宜的原则，使用综合方法相结合的形式，实现过断层采煤的技术应用目标，综合考量各种情形，提高技术应用的效果。

3 综采工作面过断层技术措施

孙家沟煤矿11#煤南翼大巷回收工作面最大深度340m，平均开采深度260m，顶板底板和煤层无冲击倾向，为了对冲击地压的危害性进行改善，防范冲击地压事故问题的发生，确保生产安全和生产效益。在综采工作面过断层采煤技术的应用中，需要结合孙家沟煤矿采场的具体条件和情况，制定生产方案、生产计划，孙家沟煤矿距保德县城37km，批采煤层为1-13#煤层，区内可采煤层共有8#、9#、10#、11#、13#、15#6 层，现开采11#煤层，采取井下开采的方式，交通条件便利[2]。

3.1 加强支护施工

在综采工作面过断层采煤技术的应用中，加强支护管理，做好支护工作，防范冒顶风险，是综采工作面过断层采煤技术应用中的关键点，必须要防范冒顶事故问题，加强支护，控制断层顶板。首先需要在断层附近和工作面巷道附近，做好支护，支护质量、支护数量和支护的安全性、可靠性息息相关，支护的整体效果决定了最终的生产效益。因此在支护中，要按照有关的规范要求展开施工，结合实际的工作需求，增减支护数量。当出现顶板破碎的问题时，需要采取带压移架的方式，防范顶板破碎的问题，利用该措施，对移架过程中的被破坏风险进行防范。

3.2 提高推进速度

提高工作面推进速度，可以对顶板破碎程度进行有效的改善工作面推进速度和煤壁暴露的时间之间具有一定的关系，二者为反比。因此提高工作面速度是一种必要的措施，在一定范围内，加快工作面推进速度，可以提高采煤效率，节约时间成本，实现综采工作面过断层采煤生产目标，降低煤壁暴露的时间，快速推进工作面采煤进程，创造更高的经济效益[3]。

3.3 调整断层线和工作面夹角

煤层倾斜断层等于落差或超过落差的情况下，通常可以采取工作面平推硬过的方式进行处理，如果断层线和工作面相交的度数和平行的度数较小，通过断层时，断层的暴露范围较大，断层线相交的度数或平行的度数较小，断层大范围暴露，顶板维护的难度较大。

为了对断层和综采工作面交叉面积进行有效的控制，减小面积，可以调整方向，对断层前的综采工作面方向进行合理的变换，改变夹角度数，保证综采工作面和断层之间形成的夹角度数合理性。夹角度越大，交叉面积越小，降低了顶板维护的难度，但是通过断层的时间较长，顶板工作面稳定性处于中等水平，综采工作面和断层之间的夹角度数应保持在20°～30°之间。顶板稳定性不足的情况下，断层的综采工作面的夹角应保持在30°～45°之间，综采工作面长度增加，因此在使用该方式时，需要对各种因素进行综合考量，制定最优的施工方案[4]。

3.4 处理断层处岩石

综采工作面过断层采煤技术应用中，处理断层处岩石是重要的工序，岩石硬度系数低于4，可以采取直接截割的方式进行处理，如果岩石硬度系数较高，则需要采取打眼放炮的形式进行挑顶处理或卧底处理。在处理断层时要以少装药、放小炮为原则，选择合适的炮眼位置后，再进行打眼作业，放炮时需要做好防护工作，保护液压支架不受破坏。

在放炮区域内加强对支架的防护，在机架前柱悬挂挡矸皮带，也可以通过套上防护筒的方式保护支架。经过实践研究，炮眼会对支架表面的镀层形成一定的腐蚀作用，表面的镀铜层会受到最大的影响，因此在该环节处理断层岩石时，结合煤矿的实际情况，可以采取风镐处理的方法，提高对断层处岩石的处理效果。

3.5 提高顶板管理工作水平

认真做好过断层的顶板管理工作，提高顶板管理的水平是综采工作面过断层采煤技术应用中的关键工序。由于顶板的破碎程度较高，支架过断层时，需要在一定的防护下，才能够完成生产任务，工作面断层区域转移支架时，可以采取间隔处理的方式，隔一架、移一架。如果出现了较为严重的顶板破碎问题，需要随着采煤机滚筒割煤同步进行移架处理，采取及时带压移架的方式，在工作面支架的处理中进行间隔移架[5]。

3.6 加强设备管理

对综采工作面过断层采煤技术应用中使用到的设备设施加强维护和管理，是提高综采工作面生产效率的关键措施，因为在机械设备的应用过程中，很多人力操作无法完成的任务，均可以借助机械设备的功能完成。在机械的力量下进行综采工作面的过断层采煤生产活动，在日常的生产中，加强对机械设备的维护和管理，需要定期地进行设备维护，保证综采设备运行的稳定性。

除了进行日常维护之外，还要制定定期的检修计划，确保设备设施的运行状态稳定，可以顺利完成采煤项目，防止出现设备故障、配件损耗问题诱发安全事故的现象，保证工作面的各项生产活动顺利实施、材料及时供应。在定期的维护和保养中，针对机械设备的零配件要进行查看，更换掉已经出现了磨损的零配件，及时发现问题，提高对机械设备的维修和管理效率[6]。