综放工作面过断层构造带开采技术探讨

2020-08-11侯长青

煤 2020年8期

侯长青

(潞安集团上庄煤业公司，山西长治 046299)

在煤矿的日常生产中，断层是较为普遍的地质构造之一。一般已探明的落差较大的断层在工作面设计时已避开，但掘进中揭露的或隐藏的一些落差较小的断层，不仅减慢工作面回采速度，也可能威胁回采安全。本文以某矿2104综放工作面为背景，阐述了综放工作面在遇到断层带地质构造带时，依据现场实际条件，适时对施工方案进行改进，从而快速通过大范围构造区。

1 工作面概况

2104综放工作面位于某矿21采区东部，南面与21轨道上山、21胶带上山相连，东面、北面接矿井边界保护煤柱，西面为未开采区域。地面标高：1 273～1 430 m，井下标高：1 089～1 176 m。

工作面开采9号+10号+11号合并煤层，煤层赋存于石炭系太原组地层下段上部，厚度稳定，平均厚度6.0 m，局部9号与10号之间有一层夹矸，较薄，最厚为1.1 m。煤层围岩特征见表1。

表1 围岩及其特征

2 工作面揭露断层构造带情况

2104工作面整体上为一由北向南倾斜的单斜构造，切眼长度216.5 m，运巷长度997 m，风巷长度973 m，可采长度为885 m，煤层倾角为3～13°，平均倾角为8°。

在巷道掘进时，运输巷掘进至868.4 m时揭露断层FJ57,落差3.0 m。回风巷掘进至763.2 m时揭露断层FJ49,落差2.0 m；掘进至784.7 m时揭露断层FJ50,落差3.5 m；掘进至799.5 m时揭露断层FJ51,落差3.0 m；掘进至813.9 m时揭露断层FJ52,落差1.5 m。在工作面回采时，该断层构造带将对回采作业造成较大影响。

根据2104工作面无线电波透视技术成果报告，2104工作面存在2个坑透异常区(见图1)。

图1 工作面巷道布置及坑透结果示意

1号异常区：位于回风巷824～853 m、运输巷837～882 m区段，此区段为断层影响带，仅受揭露断层FJ57影响，对回采影响较小。

2号异常区：位于回风巷751～824 m、运输巷809～837 m区段，此区段为断层影响带，受揭露断层FJ49、FJ50、FJ51、FJ52影响，推断靠近回风巷位置可能存在断层破碎带或煤厚变薄，对回采有一定影响。

3 过断层构造带管控措施

1) 钻探验证断层带赋存情况。在已有无线电波透视技术成果的基础上增加钻探方法。首先在回采前从运输巷、回风巷回采帮打钻，进一步验证此断层带赋存的具体范围；其次在回采接近断层范围前，边回采边钻探，每圆班从切眼煤壁向回采方向打钻，防止无计划揭露构造。

2) 注重地质因素影响。断层造成了原有岩体(煤体)的错动不连续，降低了其坚固性，岩体内拥有不同大小、不同性质的断层面，这些都为地下水的储存和移动创造条件。过断层前要通过钻探等手段查明裂隙的发育程度，探明是否存在裂隙水，查清裂隙水之间可能的水力联系，从而提前采取针对性的防水或疏水措施。

4 过断层构造带现场实践

4.1 爆破技术

根据切眼及两巷揭露岩层显示，本工作面断层带范围内，岩层多为较坚硬的石灰岩和砂岩，局部为软泥状泥岩。回采时对于断层带较坚硬的岩石部分，无法采用采煤机直接截割，先进行松动爆破，然后使用采煤机回采出煤。

松动爆破是制约正规循环进度关键环节。由于支架及刮板输送机挡煤板限制，加之现场操作空间，采用顶眼、中部眼和底眼三排眼布置方法。炮眼布置参数如下：底眼距底板0.5 m，中部炮眼距底板1.5 m，顶眼距底板2.5 m。三排眼仰角均为0°，水平转角均为10°，炮眼间距均为1 m，眼深1.8 m。每个炮眼装药量根据现场岩层变化情况或岩石硬度变化情况而定，最大为0.8 kg(4卷)。最大爆破长度10 m，超过10 m时，必须分次打眼、分次起爆(具体见图2)。在爆破作业时，根据构造带揭露的高度、硬度、节理发育等情况，及时调整炮眼位置、角度及装药量。

图2 工作面炮眼布置示意(mm)

4.2 过断层带安全技术措施

1) 加强支护。受断层构造带的影响，断层发育区域已受到了不规则的破坏，顶板破碎，煤层变软，顶板和煤壁的承载能力明显下降。因此在过断层带期间要加强支护，尤其加强对断层面前后区域的顶板控制。

采煤机通过断层破碎区域后应立即移架支护，移架滞后采煤机后滚筒2～3架，及时打护帮板。当有煤壁片帮现象发生或端面距超过规程规定时要带压超前移架。当移架跟不上采煤机前进速度时，要适当降低采煤机速度，必要时可停机移架。采煤机割构造带岩石时，应降低采煤机的牵引速度，最大牵引速度不得超过1.5 m/min。

严格掌握采高，采高不得超过支架允许最大高度。要经常观察顶板情况，支架与顶板接触要密实，杜绝接顶不实、不严现象，保证支架初撑力达标。如发生漏顶时，应及时停机采用半圆木将顶板支护完好，确保安全后方可继续割煤。

2) 加强现场管理。由于采煤机卧底扫煤或爆破后底板破碎岩石效果不佳等原因，易造成工作面的断层段出现局部凸起等现象，进而使刮板输送机的平整度变差，甚至支架出现局部倾斜加重，所以必须保证工作面顶底板的平整度，使其坡度平缓变化。要根据底板岩石硬度，合理调整底眼密度和装药量，保证底板岩石的爆破效果。如出现底板局部凸起，可适当增加采煤机扫底次数，待底板平整后再顶出刮板输送机。