大采高综采工作面过断层开采技术探究

摘要：对过断层开采技术的应用，可显著提高大采高综采工作面的开采效益。结合煤矿工程概况，分析了大采高综采工作面过断层开采技术的应用背景，提出了大采高综采工作面过断层开采工艺，经实践，大采高综采工作面过断层开采技术的应用取得显著成效，期望给大采高综采工作面过断层开采提供一些技术参考。

关键词：煤矿大采高综采工作面开采工艺过断层

中图分类号：TD823

ExplorationofCrossingFaultMiningTechnologyforLargeMiningHeightFully-MechanizedFace

FUQingsongCHUFengLIUJiyang

JiangzhuangCoalMineofZaozhuangMining（Group）Co.，Ltd.，Zaozhuang，ShandongProvince，277519China

Abstract：TheapplicationofCrossingFaultMiningtechnologycansignificantlyimprovetheminingefficiencyoflargeminingheightfully-mechanizedminingfaces.Thisarticlecombinestheoverviewofcoalminingengineering，analyzestheapplicationbackgroundofCrossingFaultMiningtechnologyinlargeminingheightfully-mechanizedfaces，andproposestheCrossingFaultminingtechnologyinlargeminingheightfully-mechanizedfaces.Throughpractice，theapplicationofCrossingFaultMiningtechnologyinlargeminingheightfully-mechanizedfaceshasachievedsignificantresults，hopingtoprovidesometechnicalreferencesforCrossingFaultMininginlargeminingheightfully-mechanizedfaces.

KeyWords：Coalmines;Largeminingheight;Fully-mechanizedminingface;Miningprocess;Crossingfault

在我国经济快速发展过程中，煤炭与现代工业、农业建立了日益紧密的关系，以煤炭为主的能源结构在短期内仍然无法改变。近几年，我国愈发关注煤炭行业的健康发展，综采工作面开采技术不断升级。大采高综采工作面过断层开采技术是其中之一，科学利用过断层开采技术，可以突破复杂地质构造局限，实现高速机械化开采。因此，探究大采高综采工作面过断层技术的应用具有非常突出的现实意义。

1大采高综采工作面过断层开采工程概况

某煤田局部厚度超出6.5m，煤田主采煤层厚度为4.9～9.1m，变化幅度较大，中间夹杂矸石，结构复杂。13-1综采工作面标高为-623.2～-632.25m，地面标高+16.8～+21.3m，工作面走向长度为1312～1356m，倾斜长168m，面积为223621m2，煤层倾角为4.8°～12.6°，煤层可开采储量为1525362t。

13-1综采工作面煤层赋存波动不大，上部煤主要为块状、片状，下部煤主要为粉末状，突出危险区煤变异系数为10.8%，煤层普氏系数为0.35～1.5。工作面直接顶底板特征如表1所示。

13-1综采工作面地质条件高度复杂，掘进期间揭露12条断层，初采过异常区，切眼揭露5条断层，最大走向影响长度418m。切眼揭露断层落差为0.1～3.8m，最大倾向影响长度85m。

2大采高综采工作面过断层开采工艺

如图1所示，在大采高13-1综采工作面开采时，过断层面易形成不均匀应力分布，在工作面多区域显现矿压不一，加剧工作面底板、支架、顶板系统失稳状态，引发工作面灾难性事故。基于此，综合考虑断层落差、煤层厚度、断层破碎带位置岩石硬度、综采配套最小工作高度、煤层倾角、综采面推进方向等因素，采用卧底过断层并回采断层带后煤层，避免断层带区域岩体强度整体性下降引发问题。卧底过断层期间，为防止液压支架在自重作用下失稳，对断层带破碎区域进行注浆加固，并在应力集中区铺设双层金属网，实现全封闭管理[1]。

2.1断层加固

在大采高综采工作面支架支护中，顶板破碎、冒空程度对支架和顶板之间摩擦因素具有直接影响，需对断层进行加固[2]。一方面，对于因构造应力干扰引发工作面顶板、煤壁破碎区域，借助矿用无线电波透射仪，选择距离运输巷50m位置发射，开展定点探测。探测频率为0.5MHz，回风巷探测相邻测点之间距离为10m，确定异常影响面积。进而利用注浆加固技术，选择双组分合成高分子聚亚胺树脂材料“玛丽散”作为注浆材料，将注浆材料注入工作面破碎煤壁、破碎顶板岩层，全部充填裂隙，固结破碎煤层、岩层。注浆加固节点为工作面距离断层面20m，双排布置注浆孔，第一排注浆孔位于综采工作面上部，与顶板相距0.65m，钻孔方向与水平位置呈14.2°仰角，注浆孔穿越煤层深入顶板岩；第二排钻孔位于工作面前方煤壁，与底板相距1.8m，钻孔方向与水平位置呈4.5°仰角。注浆孔深度6.0m，孔径超出42mm，注浆方式为长短孔两侧中部工作面注浆，单孔注浆量300kg，注浆压力（11±1）MPa，封孔位置与孔口相距1.7～1.8m。

另一方面，根据液压支架受力情况，面对地质构造带、破碎顶板、开采高度超出4.0m的工作面顶板，铺设5.0m×1.0m菱形编制孔金属网，加剧支架、顶板之间摩擦因数。金属网为矿用10#菱形网，借助10#铁丝绑扎，双层铺设至煤壁，控制冒顶。同时为规避移架期间液压支架倾倒，将防倒装置连接座设置到支架顶梁位置，实现带压擦顶移架。

2.2卧底过断层

在卧底过断层前，根据回采方向，由下盘出发，借助采煤机正规循环模式，截割断层上盘顶部。在开采线进入煤壁破碎带，借助台阶式采煤方式，经采煤机下行割底煤，割底煤期间前滚筒顺顶板割顶煤，后滚筒不沿底板割煤。过断层进入上盘期间，将割煤方式转换为“卧三刀，平三刀”方式，拉底量为每刀55～80mm，前方推进角度为2.8°俯角。回采初期，选择距离运输巷道150m位置起坡，割煤角度为2°起坡角，斜长为33～48m。起坡割煤期间，调整顶刀，贯彻缓慢过渡原则，限定滚筒变化幅度小于200mm。确保顶刀走势、推进方向顶板走势相符后，调整底刀。在采煤机牵引状态下，将首个变坡点过渡斜长调整为8～9m，调整角度为3°，幅度为330mm；对于后续边坡点，沿用首个变坡点过渡斜长，预先留底煤（250±50）mm。

在工作面向前推进揭露基本顶后，根据局部基本顶厚度大（0.1～8.6m）的特点，利用松动爆破代替采煤机直接截割，弱化岩层，提高工作效率。为保证煤层顶板结构稳定性，选择传爆能力强、安全性能高的煤矿需用三级水胶炸药（32mm×450mm），搭配煤矿需用毫秒延期电雷管1～5段，人工串联。炮孔选择气腿式岩石风动凿岩机，凿孔3.0m，单排布置，相邻炮孔之间距离为0.8m，与工作面垂直，装药300g（装药系数小于0.6），利用黏土炮泥封孔（封孔系数小于0.4），在炮孔0.4m范围内，利用1个放炮器自下而上起爆10～15个，松动岩石，为采煤机直接切割过煤层提供良好条件[3]。

2.3三机联合稳定性控制

在大采高综采工作面中采煤机、液压支架、刮板输送机在工作面回采中不稳定风险较大。

13-1综采工作面回采期间，根据工作面布置方式，刮板输送机下滑趋势显著，给予支架底座斜向下作用力，并协同液压支架自重合力推移液压支架，致使液压支架与底座中心偏移，埋下整体失稳事故隐患。因此，以机尾超前机头距离超出设计距离为节点，将1组防滑千斤顶增设到10架液压支架底座、刮板输送机位置，借助链条连接，提高综采工作面采煤机、刮板输送机、液压支架的整体抗滑动能力。

13-1综采工作面液压支架采用φ20×2400mm螺纹钢顶锚杆+φ20×1800mm螺纹钢帮锚杆+φ21.6×6300mm钢绞线锚索+φ16圆钢顶托架+φ10圆钢棒托架。在工作面移动液压支架过程中，利用机尾向机头单向移动方式代替传统跟机移动支架方式，借助支架侧向防护板及时调整支架方向。对于综采工作面机头前方3架液压支架，先移动端头第2架，充分借助防倒防滑设施，确定液压支架顶梁、顶板稳固接触，再移动第1架，操作与第4架相连的防倒滑千斤顶、第3架相连的顶梁防倒滑装置。最后借助与端头第2架一致的手段，进行第3架液压支架移动。期间以第1架液压支架为重点监控对象，观测液压支架位置，确保液压支架在综采工作面作业期间无向上窜动或向下滑动现象[4]。

3工作面过断层开采技术应用效果

3.1注浆效果

综采工作面中，大采高、过断层叠加致使煤层开采难度加剧，安全隐患增多。前期断裂作用区煤岩体破碎、稳定性不佳，致使13-1综采工作面支座之间出现程度不一漏顶现象，支座工作阻力与设计要求偏差过大，初期支撑力显著低于标准水平。最终导致支座、顶板之间接触不佳，伴随挤压反应，对支撑运动与整体开采作业安全造成负面影响。应用工作面过断层技术后，借助玛丽散浆料对崩落区域进行填充，单个液压支架移动速度最快为11s，平均移动速度6.6m/min，满足采煤机正常割煤要求[5]。同时利用液压支架维护工作面顶板，配合断层加固，断层抗压能力在26～39MPa之间（如表2所示）。

由表2可知，注浆前后断层影响区液压支架工作压力显著提升，表明利用玛丽散浆料对崩落区域进行处理，可以改善断裂区域煤岩力学性能，满足试开采期间最大支护阻力控制要求，从源头规避后期开采期间出现偏帮、突顶问题。同时放顶后工作面支撑压力呈现中间大、两边小的特点，活柱下缩量显著下降，中部出现工作面煤壁片帮，但片帮深度小于0.3m，控顶区顶板完好，工作煤层强度、顶板稳定性显著提升，未出现顶板事故。

3.2开采效果

13-1综采工作面经卧底法安全过断层，大顶板冒落问题发生率为0%。开采期间，支架姿态良好，工作面上支架无倾斜，取得良好过断层效果，节省了大量生产成本。过断层期间，生产原煤72512.8t，按1t原煤价格474元计算，获得毛利润约3437.11万元，减去过断层期间材料消耗成本费用369.25万元、人工费用成本300万元，共获得净利润2767.86万元。表明大采高综采工作面过断层开采应用效果良好。

4结语

综上所述，大采高综采工作面过断层风险因素较多，易出现支架失稳、顶板垮落问题。在前期探测风险影响区的情况下，可以预先利用注浆加固技术、双层金属网铺设技术，进行断层加固。在断层加固状态下，科学制定卧底过断层参数，并加强三机联合稳定性控制，确保大采高综采工作面安全、高效过断层。

参考文献

[1]王冰.大采高综采工作面过断层技术研究[J].煤，2022，31（6）：65-67.

[2]张建勇.综采工作面过断层采煤技术研究[J].能源与节能，2023（7）：130-132.

[3]郭盛.大采高综采工作面过断层采煤技术研究[J].矿业装备，2023（5）：57-59.

[4]赵艳军.采煤工作面过断层破碎带的治理技术实践[J].江西煤炭科技，2024（1）：79-81.

[5]梁建兵.沿空留巷巷道煤体注浆补强支护技术研究[J].煤矿现代化，2024，33（3）：95-99.