专题-综采面过断层的理论与应用研究.docx

1、专题部分 第13页综采面过断层的理论与应用研究摘要：断层尤其是落差较大的断层，严重影响采煤工作面的安全生产和经济效益，通过对目前综采工作面过断层的理论与应用研究，结合建设高产高效矿井的要求，对几种常用的方法进行了分析，并详细介绍了这些技术的应用方法，为综采工作面过断层明了方向。关键词：综采面；断层；挑顶起底；跳采1 前言断层是地壳运动产生的地应力，超过了组成地壳岩石的强度极限时，岩石便发生断裂，断裂后的岩块（岩层）若沿破裂面发生相对位移的地质构造。断层是地壳上普遍分布的一种地质构造，其形态和类型繁多，规模大小不一，它对煤矿的普查勘探、开采计水文地质工作均有非常大的影响。断层可以改变煤层的埋藏条

2、件，且造成煤层断开发生显著位移，因而断层对煤矿的生产影响极大。随着综采及综放采煤方法的发展，国内安全高效工作面年产量逐渐增高，年产量过千万吨的工作面不断涌现。断层对工作面的产量的影响愈发凸显，为了最大限度地减少断层对生产的不利影响，必须对各种规模、各种类型的断层进行处理，以便在安全生产的情况下，最大限度地减少因留设煤柱而造成的煤炭损失一般落差大的断层在采区设计或巷道掘进中已经加以处理，对隐伏在工作面的断层需要在回采过程中加以处理。若处理不当，不仅会严重影响生产，还会造成一定的安全隐患。本文总结了目前国内综采（放）工作面过断层的主要方法，对过断层所涉及的技术措施、安全措施进行了分析。2断层带区域

3、煤岩基本问题研究2.1断层带附近煤岩破坏状况研究断层是由于地层的运动、挤压等形成的，是地层运动过程中能量的聚集和释放的结果。地层中聚集的能量在释放过程中，岩层要断裂、挤压、错动、破碎等，并伴有大量裂隙的产生。因此，在断层带附近，形成断层的破碎带，如图1-1所示。图1-1 断层破碎带示意图一般顶板岩层的强度大于煤层的强度，在同样大小力的作用下，煤岩破碎后，煤的粉末多于顶板岩石的粉末，即煤的破碎程度比岩石的严重。在断层的破碎带内，煤的破坏程度较岩层严重，块度小。当回采工作面通过断层时，与保留岩顶相比，保留煤顶要困难得多。2.2综采面过断层时附近煤岩破断研究综采工作面过正断层，以图1-2点划线的方向

4、从上盘向下盘推进。当工作面还在断层的上盘，快通过断层面时，断层破碎带弱变区A范围内的煤层由于破坏严重，而A区的煤沿断层面的下滑力为，因而煤层保留不住，会发生片帮。工作面煤壁片帮后，端面空顶范围增大，破碎的顶板岩层可能会发生冒顶，从而影响生产。图1-2综采工作面从上盘向下盘推进过正断层当工作面从上盘推进到下盘时，因支架不能直上直下，需割底板，留顶煤推进，而这部分顶煤处在断层破碎带弱变区B范围内，破坏严重，顶煤保留不住，端面就会发生冒顶。工作面过正断层，从下盘向上盘推进时；工作面过逆断层，从上盘向下盘推进和从下盘向上盘推进时，均存在与上述类似的不利情况，如图1-3、1-4、1-5所示。图1-3综采

5、工作面从下盘向上盘推进过正断层图1-4综采工作面从上盘向下盘推进过逆断层图1-5综采工作面从下盘向上盘推进过逆断层2.3工作面端面顶煤（板）冒落分析（1）端面顶板冒落后，如不进行勾顶，而采取让支架抬头的工作方式来应付端面冒顶，其结果不仅降低了支架的承载能力，而且会进一步恶化顶板。而由于平衡千斤顶伸出量的限制，过大的顶梁抬头，又会造成大量支架平衡千斤顶和耳座的损坏。（2）即使支架闯过冒顶区，支架顶梁上的顶板也已破碎和出现空洞，支架无法支住顶板，自身的稳定性也很差，极易导致支架沿工作面倾斜方向倾倒，支架顶梁相互咬架，立柱与底座的销轴拉断等，从而使过断层的时间延长，形成恶性循环。（3）端面顶板冒空后

6、，若采用勾顶和超前支护的方法，势必造成工作面停产处理，致使生产效率降低，坑木等材料消耗增加。因此，在综采工作面过断层时，必须消除断层破碎带内弱变区的影响，尽量防止工作面端面冒顶的发生和煤层片帮的产生。若已发生端面冒顶，必须立即组织人员勾顶，护好顶板，尽快通过断层破碎带。3综采面过断层常用的方法过断层的难易程度不仅与断层本身的落差、倾向、倾角、位置有关，还与煤层本身的厚度、倾角、顶底板条件、生产条件（割煤高度、推进速度等）诸多因素相关。一般情况下落差越小，越容易通过断层。下面详细介绍几种常用的过断层方法。3.1调整割煤高度法即对断层采取“避”的方式。先估算出工作面距断层前方所需要的过渡段，通过调

7、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。如图3-1、图3-2所示情况，可采用工作面留底煤方式，将工作面上抬，通过降低采高过断层。调整割煤高度方法一般适用条件是断层落差较小，且断层上下盘接触之间煤层的厚度大于或等于液压支架的下限通过高度。液压支架下限通过高度由下式确定：图3-1工作面断层平面图3-2工作面断层剖面图 （3-1）式中：h1液压支架下限高度，m；h2顶板最大下沉量，m；富余量，一般取0.2m。满足上述条件，不论过走向断层还是倾向断层均可采用此方法。这种方法有利于降低煤质含矸率、可以减少截齿的消耗量，保证机组正常运行。3.2挑顶起

8、底法即对断层采取“迎”的方式，通过采煤机挑顶或卧底，截割围岩强行通过断层。当沿着工作面推进方向，过断层前的工作面直接底板低于过断层后的工作面直接底板，适宜采取挑顶法过断层。当沿着工作面推进方向，过断层前工作面直接底板高于过断层后的工作面直接底板，采取挑顶法或起底法过断层均可。一般断层上下盘接触之间煤层的厚度不大于液压支架的下限通过高度时采取此方法。当工作面顶底板围岩比较松软时采取采煤机直接挑顶起底，一般挑顶或起底高度不宜超过0.5m，否则工序复杂，而且增大了机组负荷，容易损坏设备。当工作面顶底板围岩坚硬，采煤机滚筒难以割动时，需对断层进行超前处理，可针对不同情况采取深（浅）孔放炮挑顶或起底的方

9、法。3.3跳采法即对断层采取“躲”的方式，通过采用断层处留垛，重新打巷的跳采方式通过断层。对于走向断层一般根据不同情况进行处理。当断层出现在工作面的两端时，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，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，如图3-3所示。图3-3过断层跳采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，部分区段搁置时间长，压力增大，因此应当加强过断层期间矿压观测，加强支护。3.4

10、采用预掘巷布置方式过断层采用提前预处理断层方法，可以使工作面过断层时既不影响安全生产，又不影响煤质，有利于工作面高产高效。具体做法是：在断层中通过预掘巷道的方法采出断层面两侧的煤岩，并采用有效支护手段维护其围岩稳定。工作面不断向前推进并与断层预掘巷对接后快速通过，形成工作面断层预掘巷快速通过技术。由于断层预掘巷受到工作面前方移动支撑压力和初次来压与周期来压的持续影响，同时又处于断层破碎带中，其维护比一般回采巷道困难得多。（1）应用预处理方法时断层落差范围。根据实际条件和经验，在处理断层时，一般巷道宽度不超过L=6m，巷道起坡或下坡时，起坡角20，则最大断层落差为：H=Lsin20=6sin20

11、=2.05m断层落差示意图，如图3-4。L断层宽度，H断层落差图3-4断层落差示意图因此当实际的断层落差大于H时，必须采用另开切眼进行工作面搬家的方式通过断层，当实际的断层落差小于或等于H时，可采用断层预掘巷的方式快速通过断层。（2）预掘巷的实施方案。在工作面回采之前，若工作面发现断层，提前把断层岩石部分挖出，对挖出的空间（巷道）进行支护。当回采工作面推至断层处（巷道）时，过断层就变成了过空巷，当工作面距空巷50m时，在空巷内提前支设单体液压支柱以加强支护。一般情况下，综采工作面所用的运输机、采煤机等设备仰角或俯角20时能够顺利通过。（3）工作面过断层巷道布置。当断层落差小于H时，在断层内预掘

12、巷道，实现工作面无矸石快速通过。预掘巷道采用锚网索联合支护，为有效控制断层破碎区，可采用组合锚索新技术。其具体工艺见图3-5、3-6。图3-5工作面过逆断层巷道布置示意图图3-6工作面过正断层巷道布置示意图3.5综采面分合式快速过断层即在断层以下另施工新切眼，将采面分上下段回采。上段工作面回采推进到断层时，将工作面设备及支架搬到下段新切眼安装回采。从工作面中部分段往上下二端头进行回撤支架，利用运输巷、轨道巷同时下放设备及支架运输到下段工作面新切眼，一次可以分2组同时作业，分别回收支架或设备到工作面新切眼。从新切眼中间往运输巷、轨道巷后退的同时进行安装。采煤机升井检修后，提前运送到安装位置，当支

13、架及刮板输送机安装到采煤机摆放位置有足够位置时，便可以安装采煤机。支架和刮板输送机安装完后，进行试运转工作。4工程应用4.1技术措施（1）加强支护。过断层期间比较重要的问题就是要防止冒顶。因此在过断层期间要加强支护，加强对断层面顶板控制。工作面上下巷断层附近必须加强支护，保证支护数量和质量。必要时，特别是断层带顶板破碎，宜采取带压移架，以减少由于移架而造成的顶板破坏。片帮严重的地方要超前拉架。必要时打单体柱控顶。（2）加快推进速度。工作面推进速度越快，煤壁显露时间越短，顶板破碎度低，所以在保证设备性能可靠的情况下，加快推进度。比如可在生产过程中，采取减少采煤机一次进刀量，提高牵引速度，实行浅割

14、快跑，降低顶板破碎程度。（3）加强管理和设备维护。要控制好工作面的平度、直度。提高液压支架的初撑力，提高乳化液泵站压力，保证供液系统完好不漏液，加强工作面工程质量管理，规范人的行为，避免因盲目操作，如支架歪倒倾斜，空间大而不能有效地接顶。加大对综采设备的维护和定检力度，保证设备正常运转，尤其对常用、易损配件超前备用，保证工作面及时供应。（4）注意其他因素影响。由于断层破坏了岩体的原有连续性和坚固性，使岩体拥有大小不一、性质不同的结构面，岩体中所有裂隙、结构面都为地下水储存、运移创造了条件。因此，工作面过断层时一定要注意水对过断层的影响。若存在裂隙水，过断层前要查清裂隙水水力联系，必要时采取防水

15、或疏导措施。还要注意其他地质因素的影响。4.2石圪台煤矿71203工作面采用调整割煤高度法过断层分析4.2.1石圪台煤矿71203工作面断层情况介绍71203工作面位于石圪台煤矿二盘区，工作面宽300m，主采1-2煤，1-2煤厚5.8m6.2m，有一层夹矸，厚度0.1m0.4m，灰白色粉砂岩；顶板为伪顶灰白色泥岩，硬度F2.0，直接顶白色细砂岩、粉砂岩，硬度F3.8，坚硬；底板砂质泥岩，硬度F2.7，较软。71203工作面DF7、DF8断层与71202、71203工作面斜交，在71203工作面主回撤通道467 m的回风顺槽侧揭露。71203工作面DF7断层采取了巷探的方式，沿DF7断层掘进53m，断层落差逐渐减小；分叉派生出断层DF7，经回采揭露各断层情况如下：DF7断层：走向北偏西65，倾向北东，倾角65，走向长550m，最大落差10.5m，大部分落差都超过6.0m，向71203工作面内延伸180m，沿倾向方向影响91m。DF7断层：走向北偏西75，倾向北东，倾角48，走向长150m，最大落差8.5m，向71203工作面延伸139m，且落差逐渐减小。DF8断层：走向北偏西，倾向南西，倾角65，走向长30m，最大落差1.5m。