综采工作面过断层期间过断层方式选择浅析

[摘 要] 车集煤矿地质条件复杂，受断层影响较大，合理的过断层方式对生产过程中的安全、技术经济效益都有很大的影响。结合我矿综采工作面改造实例，从安全影响因素、技术经济分析两个方面对两种过断层方式进行对比分析，得出过断层方式选择参考结论：强推硬过及改造过断层方式安全上各具优缺点且采取适当措施的情况下可以避免安全问题出现；结合断层产状评估参考，建议在断层满足以下条件其中的两个（倾向长度影响大于30%（硬岩占破岩量的50%以上）、走向影响长度大于200m或3个月的进尺、断层落差在3倍采高）或技术上强推硬过不可行时，方可考虑进行改造；研究成果对类似条件下工作面过断层方式选择具有一定的借鉴指导意义。

[关键词]断层；技术分析；工作面改造

中图分类号：TD823.89 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）34-0174-02

对于工作面遇断层处理方法选择，应该考虑两个方面的影响：安全和效益。安全是一切生产活动的前提，效益是一切生产活动的目的。过断层的方法有两种，一是强推硬过通过，包括破底托顶煤通过、破顶留底煤通过，视岩石硬度和顶板管理难度灵活选择；二是改造跳过或绕过，包括局部改造回撤和整体跳采回撤。

1 安全因素影响分析

过断层的方法有两种，一是强推硬过通过，包括破底托顶煤通过、破顶留底煤通过，视岩石硬度和顶板管理难度灵活选择；二是改造跳过或绕过，包括局部改造回撤和整体跳采回撤。

1.1 两种方式安全性对比

（1）“强推硬过”方式。对这种方式过断层的过程中，顶板安全是重中之重，由于断层落差的影响，导致煤层层位发生局部变化，断层面附近顶板破碎管理难度较大，特别是在开采层位调整时可能需要托顶煤回采，顶板硬度较低、抗压抗拉强度低，在经历超前支承压力与采动影响后，顶煤完整性较差，易发生冒顶事故。同时在采煤机破岩及松动爆破辅助破岩的过程中，对工作面设备的损坏很大；工作面在过断层期间，人员劳动强度增大，长期过断层大强度作业可能会人的不安全行为增多，给安全带来隐患。

（2）改造过断层。采用改造过断层的方法，工作面收尾期间的同样面临断层附近（或托顶煤段）相同顶板安全管理问题，唯一的区别在于接触顶板安全问题时间较短；同时工作面在回撤、安装期间，需要运用大量的设备，大件的抬运、起吊、运输都是安全的薄弱点，物的不安全状态出现的机率增大，给安全带来隐患。

（3）两种方式的施工过程中不可避免的遇到相同或者不同的安全问题，随着煤矿开采技术的不断发展，过断层技术及工作面安装、回撤工艺的研究与实践已趋于成熟可靠。只要能认清找准施工过程中导致安全问题的人的不安全行为与物的不安全状态，采取针对性措施，就可以减少甚至消除其对安全的影响。

1.2 强推硬过方式过断层

车集煤矿地质条件复杂，平均每个工作面过断层都在10条以上，最大断层落差为10m，大多采用“平推硬过”方式过断层，在人员组织、顶板管理（保证支架初撑力、及时支护、保证顶板的完整性与支护状态，过断层期间移架做到“及、快、擦、正、密、实，三不”）、设备安全（加强设备检修维护、爆破作业时对设备进行防护）、爆破安全（远距离放炮，严格执行“一炮三检”、“三人联锁”制度）、瓦斯防治（严格执行区域瓦斯治理、局部瓦斯治理，本煤层顺层抽放，工作面瓦斯浅孔抽放，断层影响抽放空白带瓦斯抽放治理）等方面积累了一定的过断层经验，过断层期间未发生过顶板事故、爆破事故。

1.3 改造过断层

近两年的工作面回采过程中，我矿共进行了两次整体改造（2505工作面、2614工作面）、两次局部改造（2507工作面、2614工作面）。改造过程中，涉及到通风、回撤、安装、对接等方面均进行专业讨论分析，制定科学合理的方案，并由专业区队施工作业，业务科室、安检科对施工现场进行专盯，保证了作业环境的安全及作业人员的规范操作，消除了安全隐患，使改造工作顺利进行。

综上分析，在过断层方式的选择的时候，安全问题可不作为选择的影响因素。

2 技术经济分析

2.1 时间方面

（1）矿井接替。由于抽调掘进队进行巷道改造，会对工作面采掘接替造成一定影响，且工作面改造后虽然可以暂时缓解采掘接替及产量紧张问题，不过改造使得工作面储量减少，工作面总体服务年限减少，反而更加加剧了采掘接替紧张问题。

（2）回采时间。在考虑是否进行工作面改造时，需要考虑工作面“强推硬过”的方法过断层回采的时间与收尾、回撤、重新开切眼、安装的时间长短，如果“强推硬过”断层时间不大于改造时间，或者说工作面改造在时间上优势不是很大的情况下，那么工作面改造的优势就很难体现出来。

工作面改造方法过断层相对于强推硬过方式过断层最大的优势之一是时间优势，是否进行改造首先应该考虑的是在时间的优势是否明显。如果时间上处理劣势或者优势不明显，在不考虑其他条件的情况下，改造过断层的方法就需慎重考虑或者根本不考虑。

改造距离

式中：L――改造距离，m；

l1――日进尺，m；

t――改造时间，m；

C1――改造距离调整系数，取1.2～2；

C2――断层影响程度，现有技术条件无法通过取0，可以通过取1。

根据我矿工作面改造经验，回撤（25天）、掘进扩刷切眼（20天）、安装（25天）160m切眼，考虑安装回撤重叠时间及安装回撤距离较近因素乘以系数0.8。

L=（25×0.8+20+25×0.8）×1.8×（1.2～2）×1=130～210m

工作面如果跳采距离不大于153m的话，体现不出改造过断层的时间优势。考虑到改造期间的产量影响、人员投入增加部分、资源的丢失，不考虑断层因素的情况下，跳采距离应不小于250m才能体现出优势。

2.2 人员影响

“强推硬过“的过断层方式对于人员数量投入方面的影响较小，主要是增加人员劳动时间、劳动强度，从而使人员思想不积极、情绪不稳定、出勤不正常，影响队伍的稳定及施工的顺利进行；改造过断层需要进行巷道掘进改造、收尾、回撤、安装（局部改造可不需安装，且只为部分回撤、收尾），对人员占用量及影响较大。

2.3 经济分析

改造过断层必然会造成工作面回采率的下降，主要资源丢失在于工作面甩采的煤量及工作面收尾留下的煤量。例如2614工作面改造期间丢煤量约3.5万吨，根据2013年8月份吨煤利润88元计算，经济损失约为308万元。

同时在改造过断层时，工作面需要进行回撤、安装，结合2507上工作面安装、回撤费用（如表1所示），假设安装回撤140m长工作面，共要产生费用约241万元。

强行过断层期间，由于设备及配件损坏造成了大量费用，每月材料配件费用约为25万元，电费6万元，修理费约为1万元，租赁费约32万元，共计64万元。

综上所述，工作面改造期间由于丢煤及安装回撤所造成的损失巨大，故不建议进行改造。

2.4 断层产状

（1）落差

落差是影响过断层方法选择的重要因素之一。落差较小，工作面煤层层位变化不大，故在层位选择对工作面倾角及俯仰角影响不大。

式中：L――起坡距离，m；α――起坡角，？；H――断层错差，m。

下表为随着断层高差不同，起坡角、起坡距离、破岩量也不同。下图为上表中各项数据的线性关系。

可以看出，在起坡距离一定的情况下，断层高差与起坡角成正比，而起坡角的大小影响着工作面倾角及俯仰角的大小；破岩量与起坡角、断层高差有关，破岩量随着断层落差的增大成正比。破岩量的增加会增加运输系统分矸的压力，矸石量过大的话可能会影响开拓工作面的矸石出货量，影响开拓进尺。

我矿近年强推硬过方式过断层最大落差为10m，工作面最大倾角为25？，全岩最长为45m，严重影响了工作面进尺，同时造成设备损坏较严重，故建议高差大于3倍采高时进行改造。

（2）倾向影响长度

近期我矿进行改造的两个工作面分别为2614工作面及2505工作面。其中2614工作面受F2614-5（H=13m）断层影响，全岩架数达到32架，同时局部破顶破底，折合占工作面煤壁面积的35%（砂岩占破岩量的80%）；2505工作面受F2505-13（H=4.2m）及F2503-4（H=2.4m）断层影响，100#架向下煤层变薄（工作面共115架），破岩面积折合占工作面煤壁面积的60%（其中硬岩约占破岩量的70%）。岩石硬并且需进行大面积的松动爆破，每天仅能保证2刀煤。

故建议破岩面积占煤壁面积的30%（硬岩占破岩量的50%以上）以上时进行改造。

（3）走向影响长度

2614工作面F2614-5（H=13m）断层走向长度约为850m，位于工作面1/3的位置，断层走向大体与工作面垂直（在机尾至工作面1/3的位置有一定幅度的摆动），未针对该断层进行改造，平均每天进尺3.4刀。随着工作面的推进，F2614-5断层与F2614-23（H=1m）、 F2614-24（H=3.1m）、F2614-25（H=1.3m）交汇，导致机尾至工作面1/3的位置基本上为全岩段，且为硬度在6-8，爆破需用时间较长且效果较差，同时该范围内在前方受F2614-3（H=4m）断层影响，该段基本为全岩，故对该断层进行改造。

2505工作面受F2505-13（H=4.2m）及F2503-4（H=2.4m）断层影响，走向长度分别为260m、250m，其中共同影响工作面距离为140m，且断层之间为预测薄煤区，故对断层进行改造。

走向影响长度对过断层方式选择不具有直接影响意义，该因素只能作为参考因素。

（4）岩石硬度

断层上下盘岩石较硬时，岩石普式硬度系数f6时无法使用采煤机进行截割，只能进行爆破且必须缩小炮眼间距加密炮眼、增加装药量，这就给爆破安全及设备防护提出更高的要求。

2.5 设备影响

仅2013年上半年断断续续生产期间就影响了1041分钟，平均每月影响173分钟，工作面支架油缸漏液较多，支架侧护板油缸几乎全部损坏，支架调整困难；运输机中部槽煤璧侧哑铃销损坏较多，造成推溜困难，机电设备影响，严重制约着工作面的生产。工作面改造后9个月内影响1025分钟，每月影响约113分钟，月影响率下降约34%。

以上数据说明，工作面破岩期间对设备损坏影响较大。但这些影响的同时数据只能作为参考，因为搬家倒面时会对一些设备进行更换或检修，也是影响减少的一个因素。

3 结论

根据我矿近年来过断层及工作面改造的经验，结合上述影响因素对比。

（1）强推硬过及改造过断层方式安全上各具优缺点且采取适当措施的情况下可以避免安全问题出现。

（2）改造过断层需用时间较长，不利于采掘接替，如果改造跳采距离小于250m或改造工期小于推进工期的1.5倍，建议不进行改造或在备采面进行改造。

（3）改造过断层经济效益相对较差，且会造成资源浪费。在安全上可靠、技术上可行的情况下，不建议进行改造过断层。

（4）结合断层产状评估参考，建议在断层满足以下条件其中的两个（倾向长度影响大于30%（硬岩占破岩量的50%以上）、走向影响长度大于200m或3个月的进尺、断层落差在3倍采高）或技术上强推硬过不可行时，方可考虑进行改造。

（5）工作面改造时要首先考虑局部改造，且要尽量减小改造宽度及长度，从而减少资源丢失及缩短改造工期。

参考文献

[1] 杜计平，孟宪锐，著.采矿学[M].徐州：中国矿业大学出版社.2009.

[2] 刘志刚，张华清.综采工作面过断层技术与实践[J].煤矿开采，2010（10）.

[3] 王全生等.采煤工作面过二种断层构造的方法[J].煤炭科学技术，2006（10）.

[4] 周祖舜，王涛.综采工作面过大断层实践探讨[J].中国煤炭，2011（5）.

作者简介

丁可可（1987.12-），男，河南永城人，中国矿业大学采矿工程专业硕士研究生，现在河南能源化工集团有限公司永煤公司车集煤矿从事生产技术管理工作。