1、专 题 部 分 第17页综采工作面过断层技术研究摘要：断层是影响综采工作面煤炭开采的重要因素之一。采取有效的技术措施，高效率地通过断层，是提升煤炭采出率、缓解采掘接续和采装衔接紧张局面的重要措施，也只有高效地通过断层，才能使煤炭开采企业取得更高的经济效益与社会效益。关键词：综采工作面;过断层;方法措施0引言目前，在我国一次能量消费结构中，煤炭占75%以上。煤炭不仅是我国的基本燃料，又是重要的工业原料，电力、钢铁、石油加工、水泥、化学原料五大行业都离不开煤炭，因此，煤炭工业的发展直接关系到国计民生。为使我国能源战略持续稳定的发展，必须稳步高效地发展煤炭工业。我国是世界上煤炭资源最丰富的国家之一。
2、据不完全统计，己知含煤面积约55000了，探明总储量在9000亿t以上，居世界前列。自1989年，我国一直是世界第一大煤炭生产国和消费国，煤炭产量占世界煤炭产量的1/4以上，而浅部煤炭资源已逐渐枯竭，深部资源地质条件一般比较复杂，而目前影响综采工作面设备效能发挥的主要原因之一是地质构造。在地质构造(如断层、褶曲、陷落柱、冲刷带和火成岩侵入等)中，断层是最经常遇到的，对生产影响也是最大的一种地质构造。大落差断层（）在精确地质阶段已基本查明，中等落差断层（）大多数在采取开拓生产准备阶段亦能查明，小落差断层（）往往不易被发现，恰恰这些小断层会给综合机械化工作面回采带来不同程度影响，有可能使工作面被迫
3、停产或搬家，或降低工作面单产和月推进度或损坏设备，对工作面回采带来一系列不利影响。而综采工作面安全过断层,可以减少综采安装、搬家倒面的次数,避免了时间和设备的浪费，缓和采掘接替矛盾；回收断层煤柱，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、提高经济效益起到了促进作用。因此有必要对综采工作面过断层的关键和客观规律进行理论研究，从而对综采工作面过断层提出合理的技术措施。1从断层参数分析断层对综采工作面的影响综采工作面过断层带时，会对正规循环带来较大影响，支护、移溜、移架的难度将加大，断层的各种参数、断层带在工作面出露岩石的性质及其在工作面空间出露大小决定了这一系列问题的复杂程度。影
4、响综采推进的断层参数包括落差(h)、夹角()和倾角()。1.1落差大小对综采工作面的影响根据对昕益矿综采工作面调查，都是10m以下落差的断层，其中小于1 m的占断层总数的12%，1m2 m的占13%，2 m3 m的占25%，大于3 m的占50%。不同大小的断层落差，对生产产生的影响程度也不同，当落差线性增大时，工作面的产量呈线性下降。工作面揭露断层的岩石硬度和裂隙发育程度等的不同，对工作面的影响结果也不相同。当工作面揭露岩石稳定，用采煤机落煤时，对产量影响较小；当工作面揭露松软岩层，岩层裂隙较多，表现较为破碎，顶板冒落可能增大，从而增加工作面处理冒顶的时间增多，进而影响产量；当岩石坚硬，必须用
5、爆破方法落煤时，影响60%左右的产量。揭露断层对工作面的影响约为推进方向6长。1.2交角大小对综采工作面的影响据历年来回采面统计，大部分断层与工作面斜交，其中交角100以下的占14%，1060占79%，6090占7%。工作面零交角过断层，工作面几乎在全长范围内揭露断层，支架同时进入压力增大状态，如果断层带填充物塑性差、揭露断层上下盘岩石破碎，则通过断层危险性更大，可造成大面积冒顶，压死支架。当工作面与断层近于垂直时，断层在工作面内长时间存在，工作面支护条件一直处于不好状态，影响支架的支护、推移，影响采煤机组的正常通过，从而很大程度影响产量。根据以往经验，工作面与断层交角在030之间时，回采面有
6、较大幅度产量下降。随着交角加大，产量下降幅度将变小并趋于稳定。被揭露断层上下盘岩石稳定性对采煤机落煤有很大影响，当交角不变时，过破碎岩石断层工作面产量是过坚硬岩石断层工作面产量的28%78%。7080的交角与小交角比较，揭露断层上下盘岩石的稳定性对产量的影响小。1.3倾角对综采工作面的影响断层上下盘接合面的倾角多为5085。这个区间的断层倾角，将使综采工作面的产量下降约80%，在这样的倾角下，工作面空间冒落的岩石增加，压力拱前移，工作面前方煤岩体会更加破碎，后期开采难度增大。其形成原因是在这个角度范围内，最大切应力集中在回采工作面附近，产生裂隙方向同断层岩石滑动面倾向一致，这将造成上覆岩层作用
7、在支架上的压力减少，同时作用在前方煤壁上的应力增大，将加剧前方煤体的破坏与片帮的发生，严重时支架前方有漏顶发生。2综采工作面过断层方法2.1调整采高法当断层上下盘顶底板之间的煤层高度大于设备允许的最小割煤高度时,采取留顶煤或留底煤的方式降低采高。先估算出工作面距断层前方所需要的过渡段,通过调整割煤高度来通过断层实际操作时采取留顶煤或底煤过断层。通过断层后逐步见顶见底开采,恢复原采高,采煤机每刀留顶煤或留底煤的厚度通常为100150mm。这种方法适合断层面较小的地质条件。2.2采煤机强行截割围岩法当断层上下盘顶底板之间的煤层高度小于设备允许的最小割煤高度时,且工作面顶底板围岩比较松软时,采取挑顶
8、或卧底使煤机截割围岩强行通过断层,要求过断层时工作面的采高大于设备允许的最小割煤高度,同时每刀挑顶或卧底量不得超过150mm。这种方案能够保证回采工作面推进速度,但增大了设备损坏率,增加了检修工作量。2.3放松动炮挑顶起底法当断层上下盘顶底板之间的煤层高度小于设备允许的最小割煤高度时,且工作面顶底板围岩坚硬,采煤机滚筒割不动时,必须对断层进行超前处理,可采取放震动炮挑顶或起底的方法。放炮时要注意炮孔距预计的挑顶后工作面顶板的距离,距离太小会使顶板受到影响,增加工作面通过时顶板管理的难度。根据观察,深孔爆破裂隙带的直径一般为700mm,通过深孔爆破处理后,采煤机截割阻力将减小,工作面就可顺利通过
9、断层。这种方案能够降低设备的损坏率,提高了回采率,但工作面安全管理程序复杂,顶板控制困难。2.4跳采法当断层出现在工作面的两端沿倾斜范围在30m以下时,在工作面沿煤层正常段与断层方位平行开掘一条全煤巷道与材料巷或运输巷贯通,工作面缩面回采躲过断层,随推采随接长工作面的溜子,直至恢复正常;若断层出现在工作面的中部,断层向面内延深的全岩不超2m时,用断层处留垛的跳采方式通过断层,然后打通工作面,与两巷贯通。当回采工作面遇到落差较大的倾向断层时,一般在另一盘重新打切眼,跳过断层重新开采。此方法打破了工作面的正常循环,且通风管理困难,因此应用时需加强过断层期间矿压观测，并加强支护。3综采工作面过断层的
10、方法选择虽然工作面过断层的方法相对较多，但不管采用哪种方法，其选择的关键均在于工作面与断层面的夹角和通过层位的控制。通过有效地分析，综采工作面过断层应考虑的因素主要包括如下几条：工作面破碎顶板暴露范围。工作面与断层面的夹角应尽可能小,但可调整范围一般不大。推进前方梁端顶板和煤壁的控制。无论挑顶起底法或留顶卧底法均应保证梁端顶板处于良好支护状态,不能造成漏顶事故。工作面设备的控制。一般来说,根据断层上下盘在工作面揭露状况,一盘若破顶,另一盘可能就会破底,从而保证工作面刮板输送机不会出现陡坡,减少采煤机爬坡困难,避免出现支架歪斜和顶梁错茬咬架的现象。断层在工作面出口处的控制。回采巷道掘进过程中或经
11、后期改造,对断层已经处理。回采时,应尽量与其处理方法一致,否则会造成安全出口出现台阶而不畅通。4工作面过断层的技术措施综采面过断层时，落差、煤层断失或上或下的方向、工作面与断层的交角是对综采面过断层影响较大的因素。所以，在制定安全技术措施时，要重点考虑这些因素。4.1一般技术措施 落差超过回采截割高度的2/3的倾斜和斜交断层，被揭露断层面出露煤层高度小于液压支架最小通过高度的2/3，且被揭露必需硬过岩层硬度较大，不益采用采煤机截割、不好打眼放震动炮或放震动炮后仍不能爆落时，一般考虑在断层另一侧开切眼，搬家重新安装或局部开巷道绕采；如断层落差较小，支架能够通过；大落差断层，顶底板岩性松软，或放震
12、动炮后易于落矸时，应使工作面与断层有较大的交角。在围岩中等稳定时，工作面与断层合理的交角为2030，围岩不稳定时，合理的交角为3045。机组过断层应采取破顶或压底，应使处理后的底板取同一坡度，易于机组、支架通过。对于落差小于1m的断层，当煤层向上断失时，揭露的顶板条件如相对好些，应采取采煤机与溜子上漂的措施，并留底使采高降低，从而促使支架前梁和顶板尽快在断层另一盘接顶。当顶板破碎易片帮时，要尽量缩小梁端距，并提前挂双层金属网，当顶板冒落发生空顶时，要插背木板，并要使木板深入顶板底面。对于落差大于1m的断层，向上断失的断距小于煤厚，缩小采高,多留底煤,使支架上浮，工作面推进十几米距离后,支护、回
13、采设备可上升至煤层顶板。支架留底煤上浮时会有倾倒事件发生，应采取如下措施：掩护支架顶板在水平方向上转一角度，使底座后半部分升起一定空隙，伺机垫入物料，支撑式支架，移架有压力后，降两后立柱，使柱脚抬起，伺机垫入物料，合底座在同一水平面上，保持支架处于稳定状态，可防止损坏各连接部件及移架弹簧板。对于向下断失落差小于1m的断层，煤层顶板条件较好时，支架最小高度大于揭露煤层高度，采取挑顶通过的办法。过断层前的支架应有足够的伸缩量，方便过断层时降低采高，这就要求庆过断层前加大采场高度，相反高度过大时支架支不到顶板，采用加支木板或木垛来支护上部空间。使支架落后正常位置之后，方便支架能顺利下移。煤层顶板破碎
14、时，用采煤机扫顶，随机挂双层网，并插木板防止移架前顶板冒漏。如遇向下断失落差大于1m，小于煤厚的断层，揭露断层前加大采场高度，挂双层网支护，并在其上插木板，使支架伸到最大支撑高度，作好过断层准备，随着采煤机割煤向下过断层，支架将回缩降低支护高度，局部煤层变薄时，需破顶底板而过。4.2俯采过断层的措施俯采过断层，支架和溜子要配合好，下栽角度要一致，即在同一斜面上，不然推移千斤顶活塞杆受力方向不在其中线上，将被推弯，活塞密封圈受挤压损坏，活塞跳槽难以复位，此时可采取降柱法，上提支架底座后沿，使之与溜子在同一斜面一同过断层。俯采过断层，工作面要做到煤壁直、溜子直且平，刮板机下栽角不得超过16，避免大
15、量煤炭溜出溜槽，造成无法装煤。4.3仰采过断层的措施在断层前3m5m处，每推进一个循环都要增加滚筒扬起的高度，视倾斜角度而定，约10 cm左右。溜子和支架，在移动后都要在后侧及时加垫物料，抬高水平，抑制设备自重下移，从而加强爬坡能力。使支架缩致最小采高，降低重心，增加稳定性，以利于通过断层。综采面支护、运输设备进入断层带后，溜子逐渐在近水平方向上推进，在移架时可将底座提高至与溜子一个水平，同时加大采高，减少留顶煤。于煤壁松动、顶板破碎的断层，要及时支护，梁端要紧贴煤壁，护帮板及时伸出交到位，冒空顶处在支架上方用木料棚顶。仰采过断层，工作面在推进时必须保持成直线，绝不能在顶板条件好处超挖，条件不好时避让，避免造成工作面应力集中，恶化支护条件。控制好爬上山角度，应在16以下，避免引起溜子和支架在自重作用下往采空区侧滑落、倾倒，推溜、移架困难，造成无法循环推进。5顶板的控制综采工作面在通过断层时，顶板破碎度增加、支架实际支护阻力降低、支架产生倒歪、端面发生冒顶等情况时有发生。当工作面局部出现落差较大的断层时，会使得整个工作面难于推进。断层的产状对工作面的影响很大。当工作面遇到断层时，矿压显现会出现异常特征，支架过断层破碎带时常出现的特征如下：a. 顶板冒落度明显增加；b.支护阻力降低，但在断层破碎带两侧出现压力增高现象，表现出压力拱效应；c.支架工作状态恶化。综采机组可
