综采(综放)工作面过断层技术

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摘 要 本文通过对综采(综放)工作面各种断层的分析，提出保持综采（综放）设备良好回采状态的技术对策和生产管理方法，采取理论指导、管理保障的措施，对同类条件下综采(综放)工作面直接过大落差斜交断层提供经验和技术措施，实现综采（综放）工作面高产高效。

关键词 综采(综放)开采；断层；技术

中图分类号TD421 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）55-0166-02

煤矿高产高效综合机械化开采能力在日臻成熟和完善，开采技术逐渐提高，大部分操作可以实现程序化自动控制，这才诞生了年产千万吨级的安全高效型矿井（综采工作面）。但煤矿开采受地质条件影响较大，综合机械化开采自动化水平越高，对矿井地质条件的要求就越高，而地质条件千变万化，没有一定的规律可循，特别是在煤的形成过程中受地壳运动易产生褶曲、断裂的现象，从而形成断层。大落差断层（H≥30m）在精查地质阶段已基本查明，中等落差断层（5m＜H＜30m）大多数在采区开拓生产准备阶段亦可查明，小落差断层（H≤5m）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的影响，有可能使工作面被迫停产搬家，或降低工作面单产和月推进度，或损坏设备，更不容易实现自动化程序控制和高产高效。只有掌握了需要解决综采工作面过断层的关键和客观规律，才能有针对性地编写控制程序和进行操作。诸如在断层处采煤机的卧底挑顶量、刮板输送机的运动轨迹等，所有这些都需要经过科学的计算，寻找一个较准确的理论依据，对控制程序的设计和现场操作起决定作用，因此很有必要对综采（综放）工作面过较大落差斜交断层（H≤5m）进行理论研究。

1 综采(综放)工作面直接过大落差断层的理论分析

1.1 解决综采（综放）工作面过断层的出发点

1）应按断层性质及顶底板岩性(普氏系数f)确定“三机”通过工作面和提高单产采用的方法，即挑顶留底或卧底留顶，或既挑顶又留底或卧底又留顶的方法，要做到既有利于维护顶板及设备的管理，又要减少破岩量和快速推进；

2）要根据工作面刮板输送机的设计垂直弯曲度θ、支架的稳定性来确定合理的破顶底岩范围(主要指单一煤层)和留三角底煤的范围(主要指综采放顶煤)，这也是合理处理过断层的关键所在。本文主要通过理论计算确定合理的破顶底岩或留三角煤的范围L。

1.2 理论计算

假设落差为H的正断层F正， 刮板输送机的设计垂直弯曲度θ，采用上盘留三角底煤的方法通过(综放工作面)为例来进行计算。

要满足工作面刮板输送机在断层落差范围内变化时符合其设计的垂直弯曲度θ,刮板输送机在断层落差之间过度的曲线轨迹为以上下两盘的底板为接近线的关于O点对称的线性曲线，如图1所示。

若弧AO（当α0, 弧AO≈AO）间能容纳的溜槽数目为n(n取整数，每节溜槽的长度l=1.5m)，故有

所以，只有满足条件nθ≥2α才能保证刮板输送机的垂直弯曲度符合设计要求，即

这样就求出了α与H的函数关系。当α取最大值时，可以计算出破岩或留三角底煤的范围L=为最合理的值。

2 技术对策（为例说均以正断层明）

2.1 厚煤层综放工作面采用断层上盘留三角底煤的方法

因综放工作面在断层处的采高不受顶板所限，只要保证留三角煤的范围能满足刮板输送机的设计垂直弯曲度θ，保持“三机”能顺畅通过断层影响范围，就达到了我们的目的。如图2所示。

2.2 中厚煤层一次采全高综采工作面应根据顶、底板岩性（普氏硬度系数f）确定回采方案

1）顶底板岩石普氏硬度系数f＜4.0时，采用断层上下两盘同时既破三角顶、底板岩石又留三角顶、底板煤层的方法。如图3所示。确定留煤区与破岩区的总长度L同样是由断层的落差H与刮板输送机的垂直弯曲度θ决定。而破岩的范围则由顶底板岩石普氏硬度系数f决定，即若f顶＜f底＜4.0，破底板岩石范围应小于破顶板岩石范围为宜；若f底＜f顶＜4.0，破底板岩石范围应大于破顶板岩石范围为宜。具体的破岩石范围要根据受断层牵动影响所导致该范围内的顶板破碎状况来定，目的是保持“三机”能顺畅通过的同时又有利于顶板管理；

（一次采全高：顶、底板岩性f

2）当顶板岩石普氏硬度系数f＜4.0，底板岩石普氏硬度系数4.0≤f＜5.0时，要采用断层上盘全部留底三角煤同时顶板破等范围岩石的方法较适宜，这样可以减少采煤机截割较坚硬的岩石，保证适当采高能使“三机”顺畅通过，如图4所示；

（一次采全高：底板岩性fR4.0；顶板岩性f

3）当顶板岩石普氏硬度系数4.0≤f＜5.0，底板岩石普氏硬度系数f＜4.0时，要采用断层下盘全部破底三角岩石同时顶板留等范围煤层的方法较适宜，这样也是为了减少采煤机截割较坚硬的岩石，保证适当采高能使“三机”顺畅通过，如图5所示；

（一次采全高：底板岩性f

4）当顶底板岩石普氏硬度系数f≥5.0时，采煤机已经截割不了这类岩石，只能采取爆破法松动顶板或底板岩石（需要根据具体情况而定）。

3 生产管理及工程质量

1）对于断层影响范围内留三角煤或破三角岩石区要进行挂标志牌管理，制作专门的标志牌，诸如“断面线”、“留三角煤起始点”、“破三角岩石结束点”，为了能准确把握开采层位还可以标出“与××夹矸的交点”等类似的标志牌，便于现场操作和管理；

2）由于在断层影响范围内受断层断裂运动时牵动作用，导致该范围内工作面煤层裂隙发育，顶板破碎，必须加强该处的顶板管理。根据现场及实际情况必要时应在断层影响范围内铺设金属顶网，架设顺山板梁棚等措施维护顶板。过断层时，支架工要在断层影响范围内做到跟机“带压”移架，必要时借助单体支柱从相邻支架尾梁处顶支架底座，协助拉架；对有歪斜的支架，拉架时应在支架下侧用单体支柱戗住，以防拉架过程中咬架或倒架。尽量缩小割煤与移架步距，片帮较深时采取超前支护，减少控顶面积，要求操作支架快捷、准确，杜绝各类漏冒顶事故发生；

3）对于倾斜煤层工作面，要合理控制伪斜距离，使工作面刮板输送的位置相对固定，不上下窜动，特别要保证工作面刮板输送机垂直弯曲度大于设计要求，保证工作面直线，断层处不得落后，但可适当超前；

4）要保证工作面液压系统及设备的完好，杜绝液压系统的跑冒滴漏窜现象，支护及时，出撑力达到标准要求；

5）拉移支架时，支架附近不得有其他人员逗留，以防顶板掉渣伤人。在进入工作面煤壁区作业时，必须先将采煤机、刮板输送机停止运行，严格执行“敲帮问顶”制度，观察好顶板、煤帮，确保安全；

6）加强工作面工程质量管理，保持支架、刮板输送机、工作面煤壁直线，合理掌握断层爬破距离，及时清理架前、架间余煤浮矸。

4 神华宁煤集团金能煤业分公司综采(综放)工作面过断层实例分析

该技术在神华宁煤集团金能煤业分公司的综采(综放)工作面过断层实践中得到实际应用，并取得一定的成效，也得到矿有关技术部门的肯定；在过断层期间没有影响产量，安全顺利，工程质量达标，也为本矿综采工作面的接续和全矿的经济效益作出了突出贡献。

神华宁煤集团金能煤业分公司综采(综放)工作面过断层实例

参考文献

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[2]李慎举，等.综采面直接过断层技术[J].煤炭科技，2010(1).

[3]李金.工作面预留煤爆破法直接过断层技术[J].煤，2008(8).

[4]王建波.综采工作面过断层技术研究与探讨[J].科技信息，2009(31).