閆志杰

（西山煤電鎮(zhèn)城底礦，山西 太原 030203）

0 引言

隨著科技日益進(jìn)步，地質(zhì)構(gòu)造對(duì)煤礦綜采工作面高產(chǎn)、高效生產(chǎn)的制約越來(lái)越嚴(yán)重。我國(guó)大多數(shù)地區(qū)煤層地質(zhì)條件復(fù)雜，煤層回采時(shí)總會(huì)遇到斷層的影響，從而導(dǎo)致無(wú)法正?；夭伞Ｒ虼舜蟛糠置旱V為達(dá)高效高采的目的，均使用斷層連續(xù)回采，以此使得煤礦繼續(xù)工作。

目前國(guó)內(nèi)通常采用以下幾種過(guò)斷層方法：調(diào)整采高法、平推硬過(guò)法、調(diào)斜工作面法、放震動(dòng)炮法、導(dǎo)硐法、綜合法等，也可使用化學(xué)加固法加固頂板[1]。但是上述斷層方法任然存在著影響工作面產(chǎn)量的問(wèn)題，帶了諸多的人員安全問(wèn)題和影響設(shè)備、施工的麻煩。本文以城底礦22207 工作面過(guò)F14、FS162 斷層為工程實(shí)例，研究綜采工作面快速高效過(guò)斷層技術(shù)，對(duì)工作面頂板采取強(qiáng)化支護(hù)、優(yōu)化采煤工藝、預(yù)裂孔松動(dòng)等方式綜合治理技術(shù)，保證了22207 工作面過(guò)斷層期間的安全生產(chǎn)，提高了資源回收率，為類似礦井的工作面過(guò)斷層提供借鑒。

1 工程概況

西山煤電鎮(zhèn)城底礦22207 工作面地表位于赤泥巖新村以南，八字山村北西，歇馬村北東，前頭溝一帶，地面高低起伏，溝谷縱橫，蓋山厚度239～333 m。22207 工作面井下位于南二采區(qū)，北鄰22102、22102-1 工作面（已采），南鄰760 東一回風(fēng)巷、皮帶巷、軌道巷、760 軌道巷，西鄰22104 皮帶順槽。22207綜采工作面煤層傾角4°～11°，平均8°，可采走向長(zhǎng)420 m，傾向長(zhǎng)125 m，設(shè)計(jì)采高2.8 m。工作面采用走向長(zhǎng)壁后退式綜合機(jī)械化一次采全高采煤法開(kāi)采。采用MG250/600-WD 型采煤機(jī)，SGZ-764/630 型刮板輸送機(jī)運(yùn)煤，ZZ5200/19.5/42 型液壓支架。

表1 主要影響工作面的斷層產(chǎn)狀一覽表

22207 工作面回采至皮順1 號(hào)點(diǎn)前59 m，軌順2 號(hào)點(diǎn)前19 m，在工作面陸續(xù)揭露出2 條正斷層，分別為Fs162 和F14。Fs162 斷層是在機(jī)頭段揭露后，逐步延伸到工作面，走向長(zhǎng)度140 m，F(xiàn)14 為新揭露斷層，逐步向工作面延伸。割煤機(jī)對(duì)于頂?shù)装逵捕容^大的巖石難以切割，因此通常為了工作面能夠順利推進(jìn)，根據(jù)工作面開(kāi)采技術(shù)條件以及斷層產(chǎn)狀，研究了一種上盤挑頂，下盤放震動(dòng)炮的方法來(lái)應(yīng)對(duì)斷層的問(wèn)題。如圖1 為工作面斷層位置平面圖，圖2 為工作面斷層位置剖面圖。

圖1 工作面斷層位置平面圖

圖2 工作面斷層位置剖面圖

2 綜采工作面過(guò)斷層技術(shù)分析

綜采工作面通過(guò)斷層的技術(shù)，取決于斷層的落差、煤層的厚度、綜采設(shè)備的最小工作高度、斷層處的巖石硬度、綜采工作面推進(jìn)的方向及煤層的傾角，煤層的斷失方向，斷層與工作面的交角等[2]。

當(dāng)斷層落差小于煤層厚度和綜采設(shè)備的最小工作高度之差，綜采工作面過(guò)斷層時(shí)，除加強(qiáng)工作面支護(hù)外，不必采取其它措施；而當(dāng)斷層落差大于煤層厚度，核算工作面硬過(guò)不經(jīng)濟(jì)時(shí)，一般是另掘開(kāi)切眼，工作面進(jìn)行小搬家，如果斷層距盤區(qū)邊界或工作面停采線不遠(yuǎn)時(shí)，綜采工作面就直接躲過(guò)斷層，剩余煤炭可布置炮采工作面回收。對(duì)斷層落差較大且工作面又必須通過(guò)時(shí)，可采用放震動(dòng)炮、導(dǎo)硐，或者改造采煤機(jī)行走部等方法通過(guò)。

1）調(diào)整采高法通常用于比較小的落差，并且上下盤間煤層略大于液壓支架的最小高度。如果煤的煤層高度超過(guò)裝置的最小允許煤層高度，應(yīng)首先評(píng)估工作面和故障前方之間的過(guò)渡段，并通過(guò)調(diào)整煤的切割高度來(lái)糾正誤差。此種方法的優(yōu)點(diǎn)是可以降低消耗，提高煤質(zhì)量，缺點(diǎn)是造成煤的損耗多。

2）平推硬過(guò)法通常又被稱為采煤機(jī)強(qiáng)行截割圍巖法，主要用于煤層頂?shù)装鍨橛捕容^小的巖石，并且斷層小的煤層。如果煤層高度小于設(shè)備允許煤層的最小高度，并且如果工作面頂部和底部的圍巖在距斷層位置5 m 時(shí)相對(duì)較軟，則應(yīng)使用頂板或有蓋天花板使采煤機(jī)：切割圍巖，迫使其穿過(guò)斷層；緩慢上山或下山，推動(dòng)輸送機(jī)，拉動(dòng)支架，然后迫使其通過(guò)斷層。

3）調(diào)斜工作面法。一般應(yīng)用在上下間隙稍大、角度小的斷層面，當(dāng)斷層落差大于或等于開(kāi)采高度，綜采工作面與斷層走向以小角度相交時(shí)，可改變傾角將工作面調(diào)整為與斷層走向平行，從而降低煤的損耗。

4）放震動(dòng)炮法被另稱為放炮挑頂起底法，常見(jiàn)于落差略大，頂?shù)装搴瑥?qiáng)度較大的巖石的綜采工作面。當(dāng)斷層上下壁煤層接觸厚度小于綜采液壓支架最小工作高度，由于圍巖過(guò)硬，割煤機(jī)難以對(duì)其切割，此時(shí)通過(guò)計(jì)算長(zhǎng)度和坡度，可在工作前使頂?shù)装宕┻^(guò)斷層；當(dāng)斷層工作面一側(cè)煤層頂板低于斷層另一側(cè)煤層底板時(shí)，采用頂升法穿越斷層；當(dāng)斷層工作面一側(cè)煤層底板高于斷層另一側(cè)煤層頂板時(shí)，應(yīng)采用臥底法穿越斷層。鉆孔爆破時(shí)，應(yīng)選擇炮孔位置和角度，進(jìn)行淺孔小爆破，并提前對(duì)液壓支架等工作面設(shè)備采取有效的安全防護(hù)措施。

5）導(dǎo)硐法。就是在斷層上下盤開(kāi)挖巖巷，先在斷層處開(kāi)挖巖巷，然后進(jìn)行可靠支護(hù)，使斷層變?yōu)榭障?，減少采煤工作面切巖量，加快開(kāi)采推進(jìn)速度。導(dǎo)管的開(kāi)挖長(zhǎng)度隨著斷層的下降而減小，以達(dá)到導(dǎo)管長(zhǎng)度順利通過(guò)設(shè)施的目的。

6）綜合法。當(dāng)單一的一種方法不足以應(yīng)對(duì)煤礦復(fù)雜的地質(zhì)條件時(shí)，使用2 種或更多的方法去應(yīng)對(duì)斷層。

3 22207 工作面過(guò)斷層技術(shù)

當(dāng)前能夠過(guò)斷層的方法有很多種，主要使用的有以下2 類：調(diào)整采高法，就是斷層頂?shù)装迕簩雍穸却笥谝髸r(shí)，便能夠提前使得采高變低，每一刀留煤的厚度均為100～150 mm，而后恢復(fù)原采高[3]；另一個(gè)方法挑頂起底法則是在頂?shù)装迕簩雍穸刃∮谠O(shè)備允許最小煤層厚度時(shí)使用。

3.1 過(guò)斷層松動(dòng)爆破技術(shù)

在過(guò)斷層時(shí)對(duì)于巖質(zhì)較硬的部位，需要采用松動(dòng)爆破技術(shù)進(jìn)行處理，22207 工作面爆破警戒圖如圖3 所示，表2 為爆破技術(shù)參數(shù)，爆破技術(shù)流程及需要注意的施工措施如下：

圖3 22207 工作面爆破警戒圖

表2 炮眼爆破參數(shù)

1）打眼。打眼使用3 臺(tái)YT24 型氣腿式鑿巖機(jī)，2 臺(tái)使用1 臺(tái)備用，使用ZQ 柱齒鉆頭（尺寸：φ43 mm），六角中空鋼鉆桿（尺寸：φ26 mm×1 500 mm）；安排專人打眼放炮；每次爆破后采煤機(jī)割煤2 刀，割過(guò)第一刀后，選擇巖石面積較大的地方補(bǔ)眼，再次爆破。第二刀割過(guò)斷層后，工作面2 臺(tái)風(fēng)槍平行作業(yè)打眼；打眼時(shí)，每組3 人作業(yè)，2 人操作風(fēng)鉆，1 人為安全監(jiān)護(hù)員；打眼時(shí)根據(jù)巖厚確定炮眼布置方式：破巖厚度小于1.5 m 時(shí)單排眼，破巖厚度在1.5～2.5 m時(shí)為雙排眼[4]，破巖厚度大于2.5 m 時(shí)為五花眼。

2）裝藥。炸藥選用礦用Ⅲ級(jí)乳化炸藥，雷管選用毫秒延期電雷管。使用炸藥、雷管嚴(yán)格執(zhí)行說(shuō)明書(shū)的有關(guān)規(guī)定；裝配引藥時(shí)，先將雷管腳線扭接短路，雷管由藥卷頂部裝入，然后用腳線將藥卷纏住，把雷管固定在藥卷內(nèi)，腳線結(jié)頭懸空；裝藥時(shí)，先沖洗干凈炮眼內(nèi)的巖粉，再用木棍將藥卷輕輕推入，采用正向裝藥，每眼裝藥量為600 g，雷管每眼1 發(fā)；堅(jiān)持使用濕炮土封口，每個(gè)炮眼使用1 個(gè)水炮泥，其余部分用粘土封實(shí)；裝藥采取分組裝藥的方法后將雷管腳線扭結(jié)懸空；每次裝藥炮眼數(shù)量不超過(guò)12 眼，一組裝藥必須一次起爆。

3）聯(lián)線、爆破。聯(lián)線采用串聯(lián)方式，每次聯(lián)線的炮眼數(shù)不超過(guò)12 個(gè)；爆破由機(jī)頭向機(jī)尾進(jìn)行。

4）構(gòu)頂臨時(shí)支護(hù)。爆破前端面距超過(guò)300 mm時(shí)及時(shí)拉架，并伸出護(hù)幫板。每次放完炮，先進(jìn)行支護(hù)方可進(jìn)行下一段的爆破作業(yè)。經(jīng)拉架、打出護(hù)幫板仍不能有效支護(hù)頂板的地段，采取支架上方鋪網(wǎng)穿木梁的方法維護(hù)頂板。鋪網(wǎng)用10 號(hào)菱形金屬網(wǎng)，金屬網(wǎng)規(guī)格為（0.7×10）m2，人工使用“L”型聯(lián)網(wǎng)鉤，用聯(lián)網(wǎng)絲聯(lián)網(wǎng)，聯(lián)網(wǎng)絲為300 mm 長(zhǎng)的14 號(hào)鐵絲；作業(yè)前，嚴(yán)格執(zhí)行敲幫問(wèn)頂制度，用1.5 m 長(zhǎng)撬棍處理掉頂幫浮矸、活石；人員抬扛物體，口號(hào)用力一致，同肩同步，注意前方障礙物或冒頂片幫，作好自保，互保；在穿木梁和鋪網(wǎng)過(guò)程中，必須有一人觀察頂板、煤幫及支架的安全動(dòng)態(tài)，作業(yè)人員面向煤壁施工，防止意外事故發(fā)生；作業(yè)過(guò)程中，跟班隊(duì)長(zhǎng)、班長(zhǎng)必須在現(xiàn)場(chǎng)指揮作業(yè)，隨時(shí)處理作業(yè)過(guò)程中存在的問(wèn)題。

2.2 過(guò)斷層控制技術(shù)

1）對(duì)于落差約為煤厚的傾斜斷層，通常利用割煤機(jī)穿過(guò)斷層，必須注意觀察底板坡度、頂板破碎和硬石的變化。若頂板硬度高，應(yīng)采用爆炸法選擇頂板或底板，當(dāng)頂板破碎時(shí)，采煤機(jī)司機(jī)和支護(hù)人員應(yīng)配合好，采用即時(shí)支護(hù)方法，并且嚴(yán)格按照穿越斷層的方法進(jìn)行移動(dòng)，采煤機(jī)截煤時(shí)，底板要切平，嚴(yán)禁在工作面上踩踏。

2）采煤機(jī)經(jīng)過(guò)斷層的時(shí)候，必須立即把前探梁拉伸出來(lái)。片幫、斷面的間距大于要求的距離時(shí)，須攜帶超前架，且需要控制移架的速度，不能過(guò)于落后采煤機(jī)的速度；并且保證采高大于2 m 的高度，禁止出現(xiàn)采高高度過(guò)大或采煤機(jī)通過(guò)不了斷層的現(xiàn)象。

3）穿越斷層時(shí)，加強(qiáng)工作面工程質(zhì)量管理，確保支架、輸送機(jī)順直，保證支架間距距離一致；移動(dòng)支架時(shí)，要時(shí)刻關(guān)注著支架的工作狀態(tài)。支架應(yīng)垂直于頂板和底板，頂部應(yīng)緊密連接。如果頂板不平整，則需要立馬調(diào)節(jié)平衡油缸，防止傾斜支架。

4）穿越斷層的時(shí)候，必須保證煤的質(zhì)量，盡可能剔除矸石，必要時(shí)可以先破碎矸石來(lái)保證質(zhì)量。

5）當(dāng)人員需要進(jìn)入人機(jī)隧道作業(yè)時(shí)，必須關(guān)閉采煤機(jī)和溜槽電源并鎖定，以確保液壓支架的伸縮梁伸出，確認(rèn)安全后再進(jìn)行操作；在機(jī)道上作業(yè)時(shí)，任何人不得在工作場(chǎng)所上下10 個(gè)支架范圍內(nèi)移動(dòng)支架，防止造成事故。

6）確保安全出口最低高度大于1.8 m，最小寬度大于0.7 m。

4 過(guò)斷層安全技術(shù)措施

在過(guò)斷層期間，需要從多個(gè)方面考慮安全情況，以下是過(guò)斷層期間的安全技術(shù)措施：

4.1 過(guò)斷層期間防冒頂安全技術(shù)措施

1）施工前須保證斷層頂?shù)装?、支架正常，如若發(fā)現(xiàn)支架不接頂，保證支架接頂后才可以開(kāi)始施工。

2）確保泵站壓力大于30 MPa，支架初始支撐利大于240 MPa，無(wú)不良現(xiàn)象。確保支架接頂、各個(gè)設(shè)備正常工作，保護(hù)各個(gè)部件，嚴(yán)禁出現(xiàn)冒頂現(xiàn)象。

3）穿越斷層的時(shí)候，要確保采煤機(jī)的速度不超過(guò)規(guī)定的速度，確保切割過(guò)后斷層頂?shù)装濉⒚罕谄烬R。

4）在斷層處堅(jiān)持追機(jī)移架，減少空頂時(shí)間。采煤機(jī)司機(jī)要控制好割煤速度，如支護(hù)不及時(shí)，應(yīng)暫停割煤。

5）堅(jiān)持提前拉架和擦頂帶壓快速移架，減少頂板下沉量，保持頂板完整。

6）頂板破碎段必須聯(lián)雙層網(wǎng)，網(wǎng)間沿走向搭接長(zhǎng)度為網(wǎng)寬的1/2，沿傾向搭接長(zhǎng)度為200 mm。

7）割煤時(shí)司機(jī)應(yīng)站在架間安全地點(diǎn)，精力要集中，發(fā)現(xiàn)斷層處有冒頂危險(xiǎn)時(shí)，立即停機(jī)處理，確認(rèn)安全后，再繼續(xù)割煤。

8）過(guò)斷層期間保證每刀都在機(jī)尾插刀，防止工作面掉落大塊巖石而無(wú)法通過(guò)采機(jī)。

4.2 機(jī)電設(shè)備管理安全技術(shù)措施

綜采工作面在過(guò)斷層期間,采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)、破碎機(jī)及液壓支架故障率高, 采煤機(jī)截齒消耗量大，刮板輸送機(jī)刮板鏈的鋸齒環(huán)等零部件的使用壽命大大降低,為了降低事故率的發(fā)生，制定如下措施：

1）爆破地點(diǎn)及前后10 m 范圍內(nèi)的水管、電纜、支架活柱用規(guī)格為長(zhǎng)×寬= 1.2 m×1.0 m 的舊皮帶圍住。并加設(shè)專用防護(hù)裝置，即用厚度不小于40 mm的木板架設(shè)于前立柱外側(cè)并用鐵絲捆綁牢固，以防止爆破崩壞支架閥組、立柱及水管電纜，每次爆破前，必須詳細(xì)檢查支架防護(hù)設(shè)施的完好情況，確認(rèn)無(wú)問(wèn)題后方可進(jìn)行爆破作業(yè)。

2）過(guò)地質(zhì)構(gòu)造帶（斷層）時(shí)必須采用松動(dòng)爆破，禁止用采煤機(jī)強(qiáng)行截割巖石。采煤機(jī)停在爆破地點(diǎn)15 m 以外，并用長(zhǎng)×寬=5.0 m×1.0 m 的2 條舊皮帶將爆破側(cè)的滾筒和搖臂覆蓋并固定，加以保護(hù)。

3）過(guò)地質(zhì)構(gòu)造帶期間，要加強(qiáng)采煤機(jī)支架以及工作面輸送機(jī)的檢修和維護(hù)，要放慢采煤機(jī)截割行走的速度，采煤機(jī)速度控制在1.5～2.0 m/min，縮短檢查檢修周期，每次開(kāi)機(jī)前或割巖石1～2 h 后都要對(duì)滾筒截齒、傳動(dòng)系統(tǒng)仔細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，立即處理。

4）加強(qiáng)機(jī)電設(shè)備采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)、破碎機(jī)及液壓支架等設(shè)備的日檢、周檢、月檢，做好相關(guān)檢修記錄。

5）檢修班加強(qiáng)對(duì)機(jī)電設(shè)備的檢修力度，嚴(yán)禁帶病作業(yè)，將事故控制在萌芽狀態(tài)。

6）做好預(yù)防性檢修，如設(shè)備有問(wèn)題，及時(shí)采取措施處理，避免被動(dòng)檢修。

4.3 過(guò)斷層期間防治水安全技術(shù)措施

1）在過(guò)斷層期間，須提前在兩端設(shè)置水泵，用來(lái)確定排水系統(tǒng)正常工作。

2）當(dāng)涌水量過(guò)大時(shí)需要提前設(shè)置好大功率水泵，要加強(qiáng)對(duì)各個(gè)排水設(shè)備的檢查和維護(hù)，定期清理和清洗淤泥，確保進(jìn)水口不會(huì)被堵塞。

3）過(guò)斷層期間，工作面現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員要密切注意工作面及兩巷水文情況，當(dāng)工作面發(fā)現(xiàn)有出水預(yù)兆時(shí)，如煤壁掛汗、空氣變冷、出現(xiàn)霧氣、水叫、淋水增大等，要及時(shí)向礦調(diào)度匯報(bào)，作業(yè)人員撤離、避災(zāi)，礦及時(shí)組織現(xiàn)場(chǎng)勘查，采取相應(yīng)措施[5]。

4）在過(guò)斷層過(guò)程中，必須及時(shí)觀測(cè)工作面水情，如有異常及時(shí)匯報(bào)礦調(diào)度進(jìn)行處理。

5 結(jié)束語(yǔ)

城底礦22207 工作面采用上盤挑頂，下盤放震動(dòng)炮的開(kāi)采方法順利的采過(guò)了落差2.5 m 和6.0 m的2 類斷層，成功地降低了工作面搬動(dòng)的次數(shù)，并且順利增加了工作面的長(zhǎng)度，取得了很好的效果和效益。開(kāi)采期間的諸多措施較好的確保了采高和獲得了較高質(zhì)量的煤，有效使綜采工作面能夠正常甚至超常采動(dòng)。諸多的研究和實(shí)踐均表明：綜采工作面的斷層在使用了恰當(dāng)?shù)募夹g(shù)后，所取得的生產(chǎn)效益并不會(huì)低于正常開(kāi)采的效益。