矿井综采工作面安全高效过断层技术研究

张云峰

（山西兰花集团莒山煤矿有限公司，山西 晋城 048000）

在科学技术不断发展的今天，由于地质结构的原因，煤矿综采工作面的高产高效生产受到了极大的限制。在我国大部分地区，由于煤层地质情况比较复杂，在回采过程中，经常会受到断层的影响，使其不能进行有效的回采。为了达到高效、高效益的生产效果，大多数矿井都采用了断层带连续开采技术，从而保证了矿井的正常生产。

目前，我国常用的过断层法有：调高法、平推硬过法、调斜工作面法、采用振动炮法、导硐法、综和法等方法对顶板进行强化，化学加固应用也较为广泛。然而，以上的断层法都会影响到采场的生产，给生产带来很多的人身安全隐患，影响设备和施工[1]。本文以山西晋城兰花集团22207 工作面过F14、FS162断层为工程实例，通过对综采工作面超断技术的深入探讨，采用强化支护、优化采煤工艺和预裂孔松散等综合防治技术，确保了采区在穿越断层期间的安全，并提高了采掘作业的采掘效果，为同类煤矿的采场过断层提供了参考。

1 工程概况

山西晋城兰花集团22207综采工作面的倾角为4°～11°，平均为8°，开采长度为420m，斜坡长为125m，开采高度为2.8m。采场采取了一次全高采煤工艺，即向长壁后退式综合机械化。采煤机选取的型号为MG250/600-WD，刮板输送机的型号为S6Z-764/630，液压支架采用的型号为ZZ5200/19.5/42。见表1。

表1 主要影响工作面的断层产状一览表

22207 工作面在回采过程中相继发现了2 个正断层，即FS162、F14。FS162断层在前部暴露后逐渐向工作面扩展，走向140m,F14是新发现的断层，并逐渐向工作面扩展[2]。由于割煤机很难切削坚硬的顶板，所以为了保证工作面的安全，一般采用上盘挑头，结合工作面的技术状况和断层的产状，采取了一种上盘挑顶、下盘振动炮法处理断层问题。如图1为工作面断层位置平面图，图2为工作面断层位置剖面图。

图1 工作面断层位置平面图

图2 工作面断层位置剖面图

2 综采工作面过断层技术分析

综采工作面的断层通过技术的实施，主要依赖于断层的高度差、煤层厚度和综采设备的作业高度的限制，也包括断层部位岩石硬度、工作面掘进方向、煤层倾角、断层区断层方向、工作面与断层的夹角等参数。

在煤矿开采中，如果断层的落差比煤层的深度和最小作业高度之间的差异较大，那么在发生断层时，除了强化工作面的支撑以外，无需再采取其他的保护措施；而在断层落差比煤层厚大、强行通过工作面成本较高，通常是再挖一条切孔，进行工作面的小搬迁；当断层离盘区边缘或工作面的停采线不远时，可以直接避开断层，将剩余的煤块安排在炮采工作面进行开采。在有大的断层和需要穿越的情况下，可以采取放震动炮、导硐或改变采煤器行走段等措施。

（1）调整采高法一般是在较低的落差进行，而且上下盘之间的煤层要比最小的液压支架高一些。当煤体的煤位超出设备最少允许煤位时，必须对煤体与事故发生前的过渡区进行评估，并对其进行修正。

（2）平推硬穿法，通常也被称为强制截断围岩法，它是针对煤层顶部、底板是不坚硬、断层少的煤层而设计的。如果煤层的高度低于设备允许的最小煤层，而在离断层部位5m，工作面上和下侧的围岩比较松软，那么采煤机宜采用顶板或带顶棚，慢慢地爬坡或者下坡，推着传送带，拉着支撑架，最后把它推出断层。

（3）调斜工作面法。一般适用于较大的上下间隙和较小角度的断层面，当断层的落差大于或等于采掘高度，与断层方向呈小角度交叉时，可以通过改变倾斜角度，使工作面与断层走向平行，减少了煤耗。

（4）放振爆破法又叫放炮提底法，在有较大落差和有高强度岩层的综采工作面上使用。当断层上、下两段煤层的接触厚度比综采液压支架的最小作业高度要小，因为围岩坚硬，割煤机很难将其切断，这时就需要对其进行长度和斜率的计算，可在作业之前将上底板通过断层；在断层的一边，如果在某一段的顶板比另一段的煤层低，则应采取顶升式的方法来跨越断层；在断层带上，在某一段煤层的底板比另一条煤层高的情况下，通常采取卧底的方法来通过断层。在进行钻孔爆破时，必须合理地确定井眼的方位和倾角，进行浅孔的小孔爆破，并对油井等工作面的机械液压装置进行事先的安全保护[3]。

（5）导硐法。即在断层的上下盘挖岩巷，首先在断层部位开挖岩巷，再进行可靠的支撑，从而将断层变成空巷，降低采区的采石量，提高采掘推进率。当断层高度降低时，管道开挖长度会减少，从而使管道长度能够顺利地穿过设备。

（6）综合法。在矿井复杂地质条件下，单靠一种方法是不够的，运用两种以上的方式来协同应对断层。

3 22207工作面过断层技术

目前有多种途径可以通过断层，其中最常用的有两种：调整采高法，即在断层顶部、底板上的煤层厚度超过规定值时，可以使采高降低，每次采煤的厚度都在100～150mm之间，然后再恢复到原来的开采高度；另外一种提底规则是，当煤层的上、下煤层的厚度比设备的最小允许厚度要小的时候，就可以采用。

3.1 过断层松动爆破技术

在穿越断层时，对岩石质地较为坚硬的部分，必须采取松散爆破技术，图3 是22207 工作面的爆破警戒图，其爆破工艺参数见表2；爆破工艺过程及应注意的问题如下：

图3 22207工作面爆破警戒图

表2 炮眼爆破参数

（1）打眼。钻孔采用YT24气腿式凿岩机3台，其中1 台为备用设备，采用ZQ 圆柱形钻头（规格：φ43mm），六角空心钢（直径：φ26mm×1500mm）；安排专人打眼放炮；每一次爆破后，采煤机都会切2 次，在切割完一次后，找块大的岩石区域进行钻孔，然后再进行一次爆破。第二次切割后，工作面2个风枪并行打孔；钻井时，每队3名工人，2名操作凿岩机，1名负责安全监督;钻孔时按岩层厚度来决定孔的排列形式：1.5m 以下的钻孔是单排孔，1.5～2.5m的钻孔是双排孔，而超过2.5m的岩石则是五孔。

（2）装药。选择矿用Ⅲ类乳化液作为爆炸物，采用毫秒级延迟的电雷管进行引爆。严格按照说明书上的相关要求，使用炸药和雷管;在组装引信时，首先拧断引信脚线，将引信从卷筒的顶端装入，再用脚线缠绕；将引信装入药包，脚线结头悬空；在装药过程中，首先将炮孔中的石粉冲走，然后用木棒将药片轻轻地推进，然后进行前向装药；每眼的装药量600g，每孔1 枚；采用湿法填埋，每孔用1块水炮泥，其余用粘土密封；分组进行炸药装填，装填完毕后将雷管引线连接悬空；单次引爆的炮眼不得超过12个，且每次炸药装填完毕后必须全部引爆。

（3）联线、爆破。联线为串联式，一次联线最多12个孔，从前部到尾部进行爆破。

（4）构顶临时支护。每次放炮后，必须进行支护，才允许进行后续的爆破工作。通过拉架、打出护帮板后，仍然无法有效地支撑顶板的部位，采用在支架上部铺设网片，通过木梁进行维护。用于铺设网片的10号菱形金属网，其规格为0.7m×10m，采用“L”型网络钩子，由联网线连接，网线采用长度为300mm 的14 号钢丝；在施工之前，要严格落实“打帮问顶”的规定，用1.5m 长的撬棒清除顶帮浮矸和活石；工作人员举起物品，喊出相同的口令，并肩而行，注意前面的障碍物或冒头，互相保护；在穿木梁、铺网时，应安排一人观察煤帮、煤帮及支架的安全状况，并对着煤墙进行作业，以预防事故的发生；在施工期间，必须由领班和班长在工地上进行指导，并及时解决施工中出现的问题。

3.2 过断层控制技术

（1）在坡度大约为煤层厚度的倾斜断层中，一般采用切割式切煤器通过，并应密切关注顶板坡度、顶板破碎及坚硬岩石的改变。如顶板硬度较大，则应采取爆破方法来选取顶板或底板，在发生破裂时，采煤机驾驶员与支护人员要密切合作，采取立即支护方式，并严格遵循穿越断层的施工工艺，采煤机在截煤时，应将底板削平，不得践踏工作面。

（2）当采煤机通过断层时，应及时将探头伸出。当片帮、断面的间隔超过规定的距离时，必须带上超前支架，并应控制其转速，确保速度的落后控制在合理范围内;同时，必须保证采高超过2m，严禁采高过大，也不允许采煤机过不了断层。

（3）通过断层时，要加强施工现场的质量管理，确保支架和输送机的平直，支架之间的间隔距离是均匀的；在移动过程中，要随时注意支架工作状况。支架必须与顶板、底板相垂直，顶面要牢固。如有倾斜的趋势，应立即调整平衡油缸，避免支架发生倾斜。

（4）在通过断层时，要确保煤炭的品质，尽量排除矸石，在必要的情况下可以粉碎矸石，以确保质量。

（5）在需要进入人机通道工作的情况下，应切断采煤机和滑槽的动力，并将其锁紧，以保证液压支架的伸缩臂能伸直，确定安全后才能继续工作；在轨道上操作时，严禁在工作场地的10个以内的支撑区域内进行支架移动，以免发生意外[4]。

（6）保证出口的最低高度超过1.8m，最小的宽度超过0.7m。

4 结束语

22207工作面采用上盘挑顶，下盘放振动炮的采矿法，在2 级断层中连续通过2.5m、6.0m 的断层，有效减少了工作面的移动次数，使工作面的长度得到了有效的提高，同时也提升了经济效益。在采矿过程中采取了许多措施，保证了矿井的采高，保证了煤矿的优质，并有效地保证了综采工作面的正常、超常运行。大量的调查与实践证明，在采用适当的技术措施后，综采工作面断层的产量将与常规开采的产量相当。