党 章

（晋能控股煤业集团泰山隆安煤业有限公司，山西 忻州 036600）

随着煤矿综采工作面生产机械化水平不断提高，综采工作面生产能力也随之加大，工作面在回采过程中地质构造如断层、陷落柱、地垒等是制约工作面回采效率的重要因素。断层是综采工作面常见地质构造之一，断层侵入工作面不仅破坏了工作面煤层及顶底板岩体整体稳定性，增加了工作面过断层期间回采难度，而且断层带处岩体稳定性差、破碎，在过断层期间很容易发生顶板事故，所以综采工作面过断层时采取合理有效的回采工艺及支护技术[1-5]，对工作面安全高效回采具有重要意义。

1 综采工作面过断层技术难题

综采工作面回采时，断层作用破坏煤岩体整体稳定性，导致断层带附近煤岩体裂隙高度发育，工作面在过断层时存在很多技术难题，主要表现在以下几方面：

（1）断层带处煤岩体稳定性差。断层破坏了煤岩体力学结构，断层带附近煤岩体在构造应力作用下，煤岩体裂隙扩张破坏严重，当工作面回采至断层带处时，在构造应力、回采应力等集中应力破坏作用下，煤岩体严重破碎，主要体现在端面顶板破碎严重、端面距加大、煤壁片帮严重。

（2）维护难度大。综采工作面主要采用液压支架进行顶板控制维护，液压支架支护属于被动支护，由于断层处顶板及煤壁煤岩体破碎严重，支架在升压时对顶板产生一个被动支撑作用，该作用力对不稳定破碎顶板产生切顶破坏作用，加剧了顶板破碎力度，顶板支护难度大，达不到顶板预期支护效果。

（3）设备故障率高。在过断层期间工作面顶板易冒落，导致支架顶梁上方出现托空现象，增加了支架移架难度，经常出现支架倒架、陷架现象。同时，大面积煤壁片帮不利于采煤机割煤以及刮板输送机运煤，设备负荷加大，增加了设备故障率。

2 综采工作面过断层的常用方法

2.1 跳采法

当工作面揭露断层落差在5.0～10 m 范围内且对工作面回采影响长度在20～50 m 范围内时，采用传统回采工艺不仅效率低、找煤难度大、煤柱损失量大，而且破岩量增大，在破岩时机械设备损坏严重，所以适宜采用跳采法进行回采。即沿着断层走向面施工一条巷道，提前对断层处岩体进行开挖，避免工作面过断层时截割岩石，使工作面过断层变为过空巷。采用该方法工作面过断层时破岩量相对较小，且回采速度快，但是增加了工作面掘进工程量，而且凿巷后需对巷道内进行加强支护，当工作面回采应力进入该巷道时，易在巷道内产生卸压破坏作用，巷道变形严重。

2.2 直接回采法

当工作面揭露的断层落差较小，且断层上下盘揭露的煤层最小厚度大于支架最小高度时，可采用采煤机直接破岩的方法进行回采。一般过断层支架下限通过高度：H=h1+h2+a，其中：h1为液压支架下限高度，m；h2为顶板的最大下沉量，m；a 为支架在下限工作状态下液压柱伸缩量。该方法具有回采速度快，过断层期间机械设备调整幅度小等优点，但是当断层处岩体硬度大，厚度大于0.5 m 时，采用该方法过断层时机械设备损坏程度大。

2.3 新开切巷法

当工作面揭露的断层落差大于10 m 且断层贯穿整个工作面时，可采用新开切巷法进行回采。即在工作面前方50～100 m（避开回采应力区）新凿一条切巷，然后将原工作面内设备全部搬至切巷内进行回采。该方法完全避开了大断层对工作面回采影响，但是增加了工作面设备搬家回撤次数，延长工作面回采周期，而且该方法会造成采空区内遗煤量大，不利于采空区安全管理。

2.4 仰俯斜回采工艺

当工作面揭露的断层落差在1.0～3.0 m 范围内，且小于工作面回采煤层厚度时，根据断层性质，合理分析断盘两侧煤体走向，可采用仰斜（正断层）或俯斜（逆断层）回采工艺。即工作面在揭露断层前10～20 m 范围内按设计角度进行仰斜或俯斜回采，直至完全过断层带且揭露断层另一盘煤层。该方法可减少工作面破岩量，增加煤柱回采量。但是在仰俯斜回采时，顶煤预留难度大，顶板相对破碎，需对顶板进行加强支护。

3 实际应用分析

3.1 工程概述

泰山隆安煤矿8204 工作面位于井田二采区西翼，工作面南部为二采区运输下山，西为8202 采空区，东为8206 工作面运输顺槽，北为实煤区。8204 工作面切巷长度为182 m，回采长度为1177 m，工作面回采煤层为8#煤层，煤层平均厚度为5.2 m，平均倾角为4°，采用低位放顶煤机械化回采工艺，回采高度为3.5 m，放煤高度为1.7 m，工作面已回采240 m。

地质报告显示，8204 工作面在回采过程中共计揭露7 条正断层，断层最大落差为2.3 m，最小落差为0.6 m。工作面已揭露3 条断层，根据工作面前期揭露断层时回采现状来看，工作面在过断层期间顶板、煤壁破碎严重，顶板最大空顶距达1.8 m，煤壁最大片帮深度达2.2 m，导致工作面过断层期间回采速度不足4.0 m/d。

3.2 综采工作面过断层回采工艺

8204 工作面回采至560 m 处揭露F7 断层，断层落差为2.3 m，平均倾角为52°。由于断层落差较大，受断层影响工作面煤体出现上移现象，若采用直接回采工艺时，需破断层下盘底板岩体。该岩体主要为砂岩与泥岩，岩体单轴抗压强度35 MPa，破岩量达2100 m3，不利于工作面安全高效回采，所以决定采用挑顶留底仰斜回采工艺，如图1，具体回采方法如下。

（1）工作面回采至距F7 断层10 m 处时，及时调整工作面伪斜并清理浮煤，保证工作面支架平直且具有足够的工作阻力，顶板端面空顶距控制在0.3 m 以下，顶板不得留有“马棚、伞檐”等。

（2）工作面从550 m 处时开始调整采煤机角度，以10°仰角仰斜回采。由于8204 工作面回采煤层为5.2 m，所以可适当降低采煤高度，控制在2.5～3.5 m范围内，保证仰斜回采时减少顶板破岩量。

（3）当工作面回采至555 m 处时，应降低采煤机切割速度及割煤深度，在断层带处应采用分段割煤以及超前带压擦顶移架方式，分段割煤长度控制在30～50 m 范围内，从而保证支架对破碎顶板及时进行支护。

（4）8204 工作面仰斜回采过断层带后且完全揭露断层下盘煤层顶板时，再次调整采煤机采煤角度，停止仰斜回采工艺，采用近水平回采工艺，并逐渐调整采煤高度至设计值。

（5）工作面在仰斜回采过程中，若顶板相对破碎导致支架工作阻力或初撑力达不到设计值时，可对工作面顶板施工一排撞楔超前支护进行顶板维护。当顶板破碎且煤壁片帮严重时，可采用注浆加固技术对煤壁及顶板进行维护。

图1 8204 工作面过F7 断层仰斜回采剖面示意图

3.3 实际应用效果分析

8204 工作面回采至592 m 时，通过了F7 断层破碎带，采用仰斜回采工艺以及合理有效的支护技术后，工作面在过断层期间未出现顶板严重破碎现象，煤壁片帮深度控制在0.5 m 以内，端面空顶距控制在0.3 m 以下。与传统回采工艺相比，该回采方法减少破岩量达1850 m3，降低了机械设备故障率，提高原煤回采量达0.87 万t。工作面过断层期间回采速度为6.7 m/d。

4 结束语

综采工作面过断层期间，应根据断层产状以及断层对工作面影响程度采取相应的回采工艺。同时，过断层期间应采取合理有效的支护技术，保证工作面安全快速过断层，避免过断层期间发生顶板冒落、垮落等顶板事故，降低设备事故率，保证工作面安全高效生产。