综采工作面安全过断层技术研究

综采工作面安全过断层技术研究

马小涛

中国矿业大学 矿业工程学院 TS0802097

摘要：断层尤其是落差较大的断层，严重影响采煤工作面的安全生产和经济效益。详细分析了断层带附近区域煤岩的破坏状况，提出了综采工作面硬过断层时带来的技术难题。通过淮北许疃煤矿7214工作面工程实际，采用多种工作面安全过断层的具体技术措施，对类似构造煤层的开采具有参考价值。 关键词：综采工作面；过断层；顶板控制；端面控制 断裂构造是煤矿采掘工程常见的地质构造形态，断层给采煤工作面安全生产带来

了极大的影响，尤其是大倾角工作面突遇落

差较大断层，为确保施工安全, 不得已常常采取工作面搬家、重新开切眼或局部补眼, 造成丢三角煤, 致使回采率降低、采掘接替失调, 造成吨煤成本增加、降低了生产效益。为此，在含断层构造较多的矿区研究工作面安全过断层方法与技术显得尤为重要，采取措施使综采工作面快速、安全通过断层，是综采工作面高产高效必须解决的问题之一。 1断层带区域煤岩基本问题研究

1.1 断层带附近煤岩破坏状况研究

断层是由于地层的运动、挤压等形成的，是地层运动过程中能量的聚集和释放的结果。地层中聚集的能量在释放过程中，岩层要断裂、挤压、错动、破碎等，并伴有大量裂隙的产生。因此，在断层带附近，形成断层的破碎带，如图1-1所示。

图1-1 断层破碎带示意图

一般顶板岩层的强度大于煤层的强度，在同样大小力的作用下，煤岩破碎后，煤的粉末多于顶板岩石的粉末，即煤的破碎程度比岩石的严重。在断层的破碎带内，煤的破坏程度较岩层严重，块度小。当回采工作面通过断层时，与保留岩顶相比，保留煤顶要困难得多。

1.2 综采面过断层时附近煤岩破断研究 综采工作面过正断层，以图1-2点划线的方向从上盘向下盘推进。当工作面还在断层的上盘，快通过断层面时，断层破碎带弱变区A 范围内的煤层由于破坏严重，而A 区的煤沿断层面的下滑力为F =W ⋅sin α，因而煤层保留不住，会发生片帮。工作面煤壁片帮后，端面空顶范围增大，破碎的顶板岩层可能会发生冒顶，从而影响生产。

图1-2综采工作面

从上盘向下盘推进过正断层 当工作面从上盘推进到下盘时，因支架不能直上直下，需割底板，留顶煤推进，而这部分顶煤处在断层破碎带弱变区B 范围内，破坏严重，顶煤保留不住，端面就会发生冒顶。

工作面过正断层，从下盘向上盘推进时；工作面过逆断层，从上盘向下盘推进和从下盘向上盘推进时，均存在与上述类似的不利情况，如图1-3、1-4、1-5所示。

图1-3综采工作面

从下盘向上盘推进过正断层

图1-4综采工作面

从上盘向下盘推进过逆断层

图1-5综采工作面

从下盘向上盘推进过逆断层

1.3 工作面端面顶煤（板）冒落分析

（1）端面顶板冒落后，如不进行勾顶，而采取让支架抬头的工作方式来应付端面冒顶，其结果不仅降低了支架的承载能力，而且会进一步恶化顶板。而由于平衡千斤顶伸出量的限制，过大的顶梁抬头，又会造成大量支架平衡千斤顶和耳座的损坏。

（2）即使支架闯过冒顶区，支架顶梁上的顶板也已破碎和出现空洞，支架无法支住顶板，自身的稳定性也很差，极易导致支架沿工作面倾斜方向倾倒，支架顶梁相互咬架，立柱与底座的销轴拉断等，从而使过断层的时间延长，形成恶性循环。

（3）端面顶板冒空后，若采用勾顶和超前支护的方法，势必造成工作面停产处理，致使生产效率降低，坑木等材料消耗增加。因此，在综采工作面过断层时，必须消除断层破碎带内弱变区的影响，尽量防止工作面端面冒顶的发生和煤层片帮的产生。若已发生端面冒顶，必须立即组织人员勾顶，护好顶板，尽快通过断层破碎带。

2综采工作面快速过断层消除弱变区技术

为了安全、快速地通过断层，就必须消除弱变区的影响，尽量减少端面冒顶的发生。下面以正断层，采面从上盘向下盘推进为例来说明。

设断层的落差为h ，断层面的倾角为α，如图2-1所示。当工作面由断层的上盘向下盘推进，顶板处距断层面Ll ，底板处距断层面L2时，工作面顶板以γ的仰角仰采，割顶板岩层，留底煤，使工作面推到断层下盘时，其顶板与下盘煤层的顶板一致，此后工作面再俯采，恢复到沿煤层底板的正常回采。这样就消除了断层下盘弱变区的影响。 1

图2-1 工作面由断层的上盘向下盘推进 其中：

L ⎛ 11⎫1=h ⎝tan γ-tan α⎪⎪⎭

L m

2=L 1-

tan α

2 为过断层消除弱变区的影响，针对不同

的过断层方式采取的技术措施见表2-1。

3 现场工程应用

3.1 工程地质概况

淮北许疃煤矿7214 工作面为72煤第14工作面。该工作面呈倾向NNE 、走向近东西的单斜构造, 平均倾角为23°, 其中F- 08 断层以西段平均倾角30°, 以东段18°。在距离该面切眼535 m处有一落差达8 m的正断层, 受该断层的影响, 工作面50 # 架以下段坡度达35°以上。其工作面煤层剖面如3-1图所示

表2-1 过断层消除弱变区技术

注：h ——断层的落差，m ；α——断层面倾角，°；γ——工作面在顶板方向的仰角或俯角，°；m ——采高，m ；L 1——顶板处开始仰斜或俯斜见煤点的位置，m 。

图3-1 工作面煤层剖面图

3.2 过F- 08断层的主要技术措施研

断层落差和岩石硬度。如工作面断层落差较

究 大，岩石硬度大，普氏系数大于4，上盘顶

F- 08断层为一斜交正断层，工作面采板下扎，下盘顶煤上翻，采煤机无法通过时，用直接推进通过。可以节省用于倒面掘进准应采取措施挑顶或破底，确保采煤机顺利通备巷道150 m 和支架回撤的准备费用, 同时过。可以采取放炮方式挑顶或破底，炮眼布缓解了矿井的产量任务压力。但是，受该断置方式根据现场矸石硬度而定，可布置单排层的影响工作面必须托断层面上盘三角煤, 眼，也可布置三花眼，一次装药一次起爆，顶板极难控制, 技术难度大, 安全威胁大, 同时每次放炮不超过15架支架，以防止压死运在过断层期间, 工作面将进入断层下盘的顶输机。放炮时，采煤机放在放炮区域以外，板岩石中, 而上盘在断层面附近将在底板岩尽量放在放炮地点的机尾侧，以利于出矸；石中, 工作面破矸范围大, 对设备的磨损严当断层落差小，岩石硬度小，普氏系数小于重，为此必须采取有效措施进行处理。 4时，可用采煤机直接截割，采煤机割岩速

度要慢。 3.2.1 断层处破岩技术措施

断层处岩石破落常用两种方法：采煤机

直接截割、打眼放炮。采用何种方法取决于

3.2.2 托煤顶范围顶板的控制

过断层期间，工作面托煤顶范围是仰斜

开采，走向上山角度最大达25~35°，断层影响带顶板破碎煤顶不易控制，容易发生冒顶事故，为此要特别加强对此范围的顶板控制，控制此范围顶板的方法主要是：

（1）降低采高。易冒顶范围的采高降低到刚刚能够通过机组的2．3m 左右。

（2）人工做好超前支护，提前控制好顶板。

(3)用化学法固结顶板——移架之前，把化学剂注入破碎顶板，使其固结。方法有两种，一是粘结锚固锚杆，二是胶结剂固结顶板。

(4) 保证工作面“三直一平”, 避免因工作面不平直而造成支架的挤架、咬架和倒架现象。

(5) 合理控制采高, 防止支架空顶；减少截深——使梁端距缩短，同时采煤机过后3m 之内及时移架。

(6) 断层带附近顶板破碎, 要求采煤机后滚筒割煤后, 立即移架, 并打出护帮板, 挤住煤壁, 防止架前流碴冒顶。

(7) 所有支架必须达到初撑力, 确保断层附近支架对顶板的有效支护。

(8) 采用带压擦顶移架方式移架, 防止支架挤咬和倾倒。

4 经济效益分析

经过计算7214工作面强推硬过该逆断层多回收原煤2.78万t ，按淮北矿业平均煤价800元/t的话，直接经济效益达到2224万元。另外省去了开掘改造巷（200m ）、综采设备回撤搬迁等费用，为许疃煤矿的生产接替节省了宝贵的时间，创造了良好的经济效益。

5 结语

综采工作面安全过断层, 减少了综采安装、搬家倒面的次数, 避免了时间和设备的浪费，缓和了采掘接替矛盾；回收了断层煤柱，有效提高了矿井煤炭的采出率，降低了煤炭开采成本，对企业发展、提高经济增长起到了促进作用。

参考文献

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