尹凱銘

【摘 要】綜采放頂煤工作面過斷層的速度和效益關鍵在于如何把握最佳的工作面形態(tài)。各礦也在總結綜采過斷層工作面形態(tài)控制原則，但都沒有形成經驗和理論。本文是在結合煤礦生產實踐基礎之上，針對綜采過斷層工作面形態(tài)控制原則問題進行深入研究。

【關鍵詞】綜采；斷層；形態(tài)控制

0.概況綜述

工作面過斷層是開采過程中常遇到的問題，提高工作面過斷層的速度和效益的關鍵在于如何控制最佳的工作面形態(tài)。到目前為止，復雜地質條件下各類綜采開采，依然是沒有妥善解決的重要課題，沒有可以借鑒的理論基礎和成型經驗。

1.現場應用案例

煤礦主采層30#層煤，煤厚4～6.5m、落差2.5m以上斷層密度1條/75m，主要為褶曲的伴生構造。本礦東八左四片工作面位于兩道大斷層中間，沿走向褶曲斷層連續(xù)伴生并賦存有其它災害性地質構造；09年，使用18.3T的重型綜采裝備在13.2m落差的大斷層的塊段成功進行了回采；10年，使用18.3T的重型綜采裝備在16#層東二采區(qū)三片，在一個由63道斷層，其中落差3.0m以上斷層11道、和巨型底板隆起組成的走向158m，工作面全巖最大達到174m復雜斷層區(qū)，成功的進行了回采，平均日進度達到2.2m；其它工作面的情況與其類似，只是程度上略有輕重，在全國綜采史上也是罕見的復雜地質條件礦井，下面僅以煤礦30#層、16#層為例，對以上問題進行研究。

1.1東八左四片概況

東八左四片工作面位于東八采區(qū)中下部，上臨DF91斷層，落差3～6米，下臨DF41斷層，落差0～47米，兩個斷層間距138米，該工作面長118米，走向長1040米，沿走向整個工作面為兩道背斜、一道向斜構造，上下巷共揭露落差1.5米以上斷層21道；兩巷為全巖狀況巷道4處，累計137米，半煤巖巷道3處，累計97米；經實際揭露，工作面長期賦存2～3道上下巷均未揭露的隱性走向斷層，并賦存有底鼓、基底不平等其它災害性地質構造。

1.2方案的選擇

初步研究采取以下三套方案過該地質構造。

（1）搬家、回撤、跳面通過該地質構造。（2）將工作面縮短35米后，沿走向推進78米后，再將工作面恢復原長度，繞過該地質構造。（3）工作面直接通過該地質構造。

方案一：

優(yōu)點：1）施工技術可靠。2）頂板管理簡單。3）對綜采支架的損害小。4）煤質好。

缺點：1）施工工期長，預計停產50天。2）儲量損失大，預計儲量損失4.6萬噸。

方案二：

優(yōu)點：1）地質儲量損失較小，少回收1.85萬噸煤。2）頂板管理簡單。3）對綜采支架的損害小。4）煤質好。

缺點：1）需補送的掘進巷道長，預計110米。2）地質條件不確定，該地壘構造沿傾向侵入工作面長度不祥。3）施工復雜，施工工期較長，預計停產30 天。

方案三：

優(yōu)點：1）地質儲量損失率為0。2）停產時間為0。3）無需補送掘進施工巷道。

缺點：1）頂板管理困難。2）對支架損害大。3）沒有成熟的技術和施工組織方式。4）原煤含矸率高。5）地質條件變化對施工的影響程度不確定。

經濟指標比較：

方案一：跳眼施工預計費用支出50萬元，少回采4.6萬噸煤，估計減少收入460萬元。

方案二：縮面施工預計費用支出25萬元，少回采1.85萬噸煤，估計減少收入185萬元。

方案三：直接通過增加施工費用8.5萬元。

根據以上兩項比較可以看出方案三雖然在技術上可靠性差、地質條件不確定因素多，但是儲量損失少、停產時間短、經濟效益巨大，在我礦三量關系嚴重緊張、年度生產計劃壓力極大的情況下，我們研究決定：采取第三套方案即掏槽施工方案直接通過。

1.3工藝簡述及應用措施

綜采工作面通過斷層施工的主要工藝為：

（1）風動鑿巖機打眼、火工爆破落巖；（2）采煤機裝巖，輔助人工裝巖；（3）運煤系統(tǒng)外運巖石；（4）綜采支架支護頂板。

總的來說，綜采工作面在斷層施工區(qū)就是用炮采的落巖方式、綜采支護、裝巖、運輸方式施工。

針對第三套方案的缺陷，我們采取了以下措施：

（1）工作面50號支架以上部分隨煤層產狀變化盡量向高抬起（以運輸機形態(tài)允許為原則），以減少巖石鉆爆工作量。

（2）在工作面上巷鋪設4吋專用風管一趟，以確保工作面三臺鑿巖機同時作業(yè)有足夠的風量。

（3）鉆爆施工段嚴格執(zhí)行超前拉架，控制頂板。

（4）確保地面風選系統(tǒng)在回采期間連續(xù)正常開車，將絕大部分矸石選出，確保煤質。

2.斷層區(qū)域綜采工作面形態(tài)控制分析

綜采工作面在斷層區(qū)域進行回采的速度和效果主要取決于以下四個方面因素：工作面全巖段長度和鉆爆施工的難易程度、頂板控制的復雜程度、工作面設備的運轉空間和環(huán)境、工作面和上下兩巷的空間關系。以下我們將分別分析。

2.1工作面全巖段長度和鉆爆施工的難易程度

實際的絕大部分斷層施工區(qū)域中（不包括進出斷層區(qū)的區(qū)域）工作面同時暴露斷層的上下兩盤和斷層層面，其伴生的褶曲形態(tài)也同時在工作面中暴露，并隨工作面推進由工作面的一端逐漸向另一端移動，直至移出工作面以外。這樣隨著工作面形態(tài)不同，工作面全巖段的長度也隨之不同。在綜合考慮其他工藝環(huán)節(jié)和裝備性能后，工作面有一個最佳曲線，并隨著斷層形態(tài)不同，該曲線的形狀也不同。

2.2頂板控制的復雜程度

為了迅速調整工作面形態(tài)，將工作面擬合到最佳曲線，主要通過工作面的里偽和外偽形態(tài)及角度。而工作面不論里偽還是外偽都必然影響到支架的形態(tài)。

如果支架工況較差則必然引發(fā)大規(guī)模冒頂，極大影響斷層區(qū)施工速度，所以工作面里外偽的角度控制必須考慮支架的工況問題。同時工作面為快速擬合到最佳曲線，則工作面的角度必然出現劇烈變化，我們試驗過將工作面角度調整到25°以上，工作面支架出現大面積傾倒，工作面頂板控制狀態(tài)極度惡化。工作面與斷層層面夾角過小，造成斷層層面在工作面暴露面積過大，頂板破碎難以控制，經常造成大型惡性冒頂。所以在擬合最佳曲線時，必須優(yōu)先考慮支架工況和頂板控制問題。同時在允許的條件下盡量加大工作面和斷層層面間的夾角。

3.控制原則綜述

經過以理論計算和機理分析以及大量的現場實際工藝現象的統(tǒng)計分析，我們得出了指導煤礦綜采工作面斷層區(qū)施工，工作面形態(tài)控制的10項原則，現綜述如下：

（1）工作面巖石量最低原則。

（2）基本上翻越局部穿越原則。

（3）破軟不破硬原則。

（4）工作面與斷層交角最大化原則。

（5）不降低采高原則。

（6）上巷保證最小行人空間原則。

（7）工作面凸凹角不超過設備使用極限原則。

（8）下巷保證設備合理搭接和最小過貨空間原則。

（9）俯仰角保證裝備最小通過空間原則。

（10）整體工藝性配合優(yōu)先考慮頂板控制的原則。

4.結論

以上理論分析和原則是在煤礦綜采工作面中的開采實踐中得出，尤其對復雜區(qū)域綜采工作面過斷層方案的選取及形態(tài)控制具有直接的借鑒意義，為相似條件下的其他礦井提供參考。 [科]