大采高综采工作面过断层技术研究

徐刚

【摘 要】 针对煤层断层构造出煤体破碎，工作面过断层效率低的问题，本文以山西某矿5308大采高工作面地质条件为基础，对工作面过断层技术进行了研究。在回采工艺方面，通过调整工作面倾斜角度与采高优化了工作面过断层回采工艺，同时对工作面过断层技术措施进行了设计。现场实践效果显示，采用该方案后，工作面过断层时间平均减少了5天，生产效率具有显著的提升，表明该方案具有着较好的应用效果。

【关键词】 大采高工作面;断层;采高;割煤方式

【中图分类号】 TD823 【文献标识码】 A

【文章编号】 2096-4102（2019）03-0026-03 开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

许多煤矿在开采过程中，经常会遇到断层等地质构造出现，当煤层中断层构造的高差较大，工作面多避开断层构造布置，当断层构造高差较小，则选择直接通过。但对于一些工作面中高差高度在2～5m范围内的断层，若选择避开的方法会导致煤炭资源大量损失，若选择直接推过，由于断层周围煤岩体比较破碎，工作面推进较为困难，特别是在一些大采高工作面中，工作面生产易受到较大影响。针对此情况，本文以山西某矿大采高地质条件为基础，对工作面过断层技术进行了研究，研究结果对其他相似条件工作面具有一定的参考价值。

1工程背景

山西某矿5308工作面为大采高工作面，开采煤层为3号煤，煤层厚度平均为5.85m，倾斜角度平均为6°，工作面埋深平均为490m。工作面倾斜长度为245m，推进长度为2490m。根据该矿井地质资料，5308工作面地质条件较为复杂，在开采范围内存在着多个断层构造，断层具体发育情况如表1所示。由于在断层周围，煤岩体较为破碎，工作面采用直接推过的方法难度较大，对工作面的正常回采会产生较大影响。

2工作面回采工艺优化

由于工作面在开采过程中受到断层的影响，其倾斜角度会发生一定的改变，导致工作面局部范围内倾斜角度增大达到10°，受到工作面开采角度的变化，煤体结构将进一步破碎，因此需对工作面过断层开采技术方案进行设计。

2.1工作面调斜

由于工作面的开采倾斜角度与断层的方向有一定的差异，为了让工作面在推进中能够最大范围地与断层相接，需对工作面进行调斜。工作面调斜后有利于减少断层构造在工作面长度方向的影响，同时可减弱工作面煤壁片帮现象。工作面调斜情况主要根据断层的走向角度确定，在推进到距离断层构造5m前需要调斜完毕。例如工作面推进至F108断层时，由于断层走向的角度为103°，工作面正常推进中机头与机尾的倾斜角度为111°，为成功与断层相接，机头在推进的速度要高于机尾，超前机尾15～20m。

2.2调整采高

工作面在过断层前，需要根据开采范围内的斷层具体分布情况设计相应的推进方案。图1为工作面在过断层前的推进设计方案，如图所示，在工作面推进至与断层面的距离为L时，根据煤层在该位置的倾斜情况以及工作面开采设备的性能，工作面的开采需仰起一定角度，仰采时与断层面的距离L的计算公式为：

式中，H为该位置断层的高差，m;α为煤层倾角，°;β为工作面仰起的角度，°，β最大不超过12°。

根据开采范围内各断层的高差情况，工作面开采需要在F108、F96、F93三个断层位置处仰起一定角度，β按照12°进行计算，则工作面仰采时与断层的距离分别为10.9m、12.8m、14.3m。工作面在起坡前，将开采高度调整为4m，并且在仰采的过程中保证采高不变，在推过断层面之前采用挑顶留底煤的方法推进;在推过断层面后，将仰角逐渐减小直到恢复为原开采角度，工作面采用卧底的方法恢复为原采高。

3过断层技术措施

3.1过断层割煤方案

工作面煤层在断层发育区域煤体一般比较破碎，推进中容易发生冒顶等现象，除了上述对回采工艺的优化外，还需要采用其他技术方案来保证工作面平稳推过断层。过去的大量实践结果显示，工作面在断层区进刀割煤时煤壁整体杂乱，刮板输送机与支架的护帮板由于煤壁的不平整无法与煤壁充分地接触，导致煤壁无法受到足够的控制作用，出现片帮等情况。基于此现状，笔者提出不在断层位置进刀割煤的单向割煤工艺，通过将机尾处进刀提前至断层区以外的方法实现工作面的割煤，工艺流程如图2所示。

以F108断层为例，割煤流程为：

①工作面在机头向机尾割煤过程中，在即将揭露断层时，断层区外工作面及时移架对顶板进行支撑，而在断层区内不移近输送机与支架，此时采煤机运行至机尾处。

②采煤机从机尾向机头运行时，在断层区内空刀运行，当运行到断层区外时，采煤机斜切进刀，此时移近断层区内的输送机与支架，对顶板进行及时支撑，然后调换滚筒反向割机尾断层区内的煤体。

③断层区内的煤体割完后调换滚筒方向，采煤机从机尾处向机头处运行，在断层区内空刀运行，达到断层区外时正常割煤直至机头完成一个割煤循环。

3.2工作面松动爆破切割矸石

由于断层区内不仅有煤体，还有着矸石的存在，采煤机运行中需要对矸石进行截割，若矸石强度较大，此时会对采煤机造成损伤，因此在过断层区内坚硬矸石位置时，采用爆破预裂的方法破碎矸石，然后再通过采煤机截割的方法过断层。

断层区内爆破炮眼的布置方式如图3所示，截面共布置4排炮眼，炮眼之间的距离为1.0m，排距为0.9m，炮孔深度为1.5m。靠近顶板的炮孔与顶板距离为0.8m，与水平夹角为5°～10°;靠近底板的炮孔与底板距离为0.5m，与水平夹角为10°～15°，炮孔向下倾斜;中间两排炮孔垂直煤壁。

工作面爆破预裂后，采煤机再进行截割，采煤机的牵引速度保持在4m/min，截割过程中，按照上述方案设计的采高运行，采煤机的截割深度为0.6m，在每次爆破后需采煤机截割3刀，完毕后再进行下次预裂爆破，直至通过断层区域。

3.3过断层期间顶板控制措施

为了保证工作面过断层期间顶板不出现冒顶等情况，需要对工作面支架的支撑性能进行严格控制。位于工作面端头的支架要及时接顶，支护好侧护板，避免支架出现倒架、咬架等情况。支架在移架过程中尽可能减少沉降量，并且快速移动支架支撑顶板。若工作面爆破后顶板有冒顶情况出现，支架要及时伸出伸缩梁对顶板进行支护。

3.4效果分析

在采取上述工作面过断层技术方案后，工作面过断层效率有了显著的提升，相比传统过断层方法，工作面过断层时间平均减少了5天，并且在过断层期间，无冒顶、片帮等事故出现，表明该过断层技术方案具有着较好的效果。

4结论

本文以山西某矿5308大采高工作面地质条件为基础，对工作面过断层技术方案进行了研究，在回采工艺方面，通过调整工作面倾斜角度与采高优化了工作面过断层回采工艺，同时对工作面过断层技术措施进行了设计。现场实践结果显示，在采用该方案后，工作面过断层时间平均减少了5天，生产效率具有显著的提升，表明该方案具有着较好的应用效果。

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