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【摘要】综采放顶煤工作面过断层的速度和效益关键在于如何把握最佳的工作面形态。各矿也在总结综采过断层工作面形态控制原则，但都没有形成经验和理论。本文是在结合东山煤矿生产实践基础之上，针对综采过断层工作面形态控制原则问题进行深入研究。
【关键词】综采；断层；形态控制
【中图分类号】TD823
【文献标识码】A
【文章编号】1672—5158（2012）10-0197-02
1 概况综述
工作面过断层是开采过程中常遇到的问题，提高工作面过断层的速度和效益的关键在于如何控制最佳的工作面形态。到目前为止，复杂地质条件下各类综采开采，依然是没有妥善解决的重要课题，没有可以借鉴的理论基础和成型经验。目前，仅对综采工作面落差较小的断层总结了一部分开采原则，较大落差的断层一般建议重新施工开切眼，搬家。但对于赋存高密度断层的煤层，如果继续遵循以上原则，则无论是块段储量、搬家费用、三量平衡还是设备效能发挥都是不经济的也是不合理的。要最大限度发挥综采工艺设备灵便优势的有效途径，加大采面过断层的能力，就必须对工作面过断层的形态控制原则问题进行分析研究。
2 现场应用案例
东山煤矿东八左四片工作面位于两道大断层中间，沿走向褶曲断层连续伴生并赋存有其它灾害性地质构造；东八左四片工作面位于东八采区中下部，上临DF91断层，落差3～6米，下临DF41断层，落差O～47米，两个断层间距138米，该工作面长118米，走向长1040米，沿走向整个工作面为两道背斜、一道向斜构造，上下巷共揭露落差1.5米以上断层21道；两巷为全岩状况巷道4处，累计137米，半煤岩巷道3处，累计97米；经实际揭露，工作面长期赋存2～3道上下巷均未揭露的隐性走向断层，并赋存有底鼓、基底不平等其它灾害性地质构造。
2.1 方案的选择
我矿初步研究采取以下三套方案过该地质构造。
（1）搬家、回撤、跳面通过该地质构造。
（2）将工作面缩短35米后，沿走向推进78米后，再将工作面恢复原长度，绕过该地质构造。
（3）工作面直接通过该地质构造。
方案一
优点：
1 施工技术可靠。
2 顶板管理简单。
3 对综采支架的损害小。
4 煤质好。
缺点：
1 施工工期长，预计停产50天。
2 储量损失大，预计储量损失4.6万吨。
方案二
优点：
1 地质储量损失较小，少回收1.85万吨煤。
2 顶板管理简单。
3 对综采支架的损害小。
4 煤质好。
缺点：
1 需补送的掘进巷道长，预计110米。
2 地质条件不确定，该地垒构造沿倾向侵入工作面长度不祥。
3 施工复杂，舡工期较长，预计停产30天。
方案三
优点：
1 地质储量损失率为0。
2 停产时间为0。
3 无需补送掘进施工巷道。
缺点：
1 顶板管理困难。
2 对支架损害大。
3 没有成熟的技术和施工组织方式。
4 原煤含矸率高。
5 地质条件变化对施工的影响程度不确定。
2.2 工艺简述及应用措施
综采工作面通过断层施工的主要工艺为：
（1）风动凿岩机打眼、火工爆破落岩；
（2）采煤机装岩，辅助人工装岩；
（3）运煤系统外运岩石；
（4）综采支架支护顶板；
总的来说，综采工作面在断层施工区就是用炮采的落岩方式综采的支护、装岩、运输方式施工。
针对第三套方案的缺陷，我们采取了以下措施：
（1）工作面50号支架以上部分随煤层产状变化尽量向高抬起（以运输机形态允许为原则），以减少岩石钻爆工作量。
（2）在工作面上巷铺设4时专用风管一趟，以确保工作面三台凿岩机同时作业有足够的风量。
（3）钻爆施工段严格执行超前拉架，控制顶板。
（4）确保地面风选系统在回采期间连续正常开车，将绝大部分矸石选出，确保煤质。
3 断层区域综采工作面形态控制分析
综采工作面在断层区域进行回采的速度和效果主要取决于以下四个方面因素：工作面全岩段长度和钻爆施工的难易程度、顶板控制的复杂程度、工作面设备的运转空间和环境、工作面和上下两巷的空间关系。以下我们将分别分析。
3.1 工作面全岩段长度和钻爆施工的难易程度
从理论上讲，如果不考虑施工工艺问题，工作面按断层走向剖面的煤层断裂方向，工作面与断层走向平行，可以取最短路径从断层一盘过渡到另一盘。可是如果这样控制工作面形态，那么全工作面都为岩石，即便不考虑其他工艺问题，单进行全工作面岩石的钻爆施工，在工艺上也是不可行的。
3.2 顶板控制的复杂程度
当支架的里外伪达到一定程度是，支架的顶梁支撑点必然前移或后移，使支架由面支撑变为线支撑，如果支架有倾倒趋势又会造成点支撑，支架的工况随之逐步恶化。而断层区无论是层面还是顶部揭煤区域，顶板都极为破碎。如果支架工况较差则必然引发大规模冒顶，极大影响断层区施工速度，所以工作面里外伪的角度控制必须考虑支架的工况问题。同时工作面为快速拟合到最佳曲线，则工作面的角度必然出现剧烈变化，我们试验过将工作面角度调整到25°以上，工作面支架出现大面积倾倒，工作面顶板控制状态极度恶化。 3.3 工作面和上下两巷的空间关系
断层在与上下两巷相交时，根据断层的产状不同、与两巷的夹角不同，在两巷形成长度不一的全岩和半岩巷道。工作面的头、尾在两巷中经过全岩及半岩巷道施工时除考虑一般性的施工原则还要注意以下问题：
工作面尾部通过全岩、半岩巷道，除要注意岩石量最低原则和翻越原则，还应考虑到回风断面是否满足通风要求和综采上出口高度不得低于1.8m的要求。
一般尾部过断层影响巷道时，不宜过多考虑岩石量问题，除保证上出口高度，通风断面外，上端口处顶板支护不宜出现台阶，必须考虑到工作面尾部过断层层面时破碎顶板的维护问题。总体来说，如果支架支撑高度大于上巷高度，可考虑在支架最大支撑高度满足情况下，尾部适度下卧；由于工作面输送机尾一般位于上巷中，所以通常不考虑工作面尾部抬起高于上巷底板。
综采工作面过断层施工是已工作面全岩量最小为目标，综合考虑断层形态、工作面交角、设备的运转环境、设备使用空间、顶板控制难度、两巷配合关系等各方面综合因素的复杂工艺组织。
4 控制原则综述
经过以理论计算和机理分析以及大量的现场实际工艺现象的统计分析，我们得出了指导东山煤矿综采工作面断层区施工，工作面形态控制的10项原则，现综述如下：
（1）工作面岩石量最低原则
（2）基本上翻越局部穿越原则
（3）破软不破硬原则
（4）工作面与断层交角最大化原则
（5）不降低采高原则
（6）上巷保证最小行人空间原则
（7）工作面凸凹角不超过设备使用极限原则
（8）下巷保证设备合理搭接和最小过货空间原则
（9）俯仰角保证装备最小通过空间原则
（10）整体工艺性配合优先考虑顶板控制的原则
5 结论
以上理论分析和原则是在东山煤矿综采工作面中的开采实践中得出，尤其对复杂区域综采工作面过断层方案的选取及形态控制具有直接的借鉴意义，为相似条件下的其他矿井提供参考。
参考文献
[1]程云雕.综采工作面大倾角俯采转采技术应用[J].煤矿安全，2008（06）：53—56
[2]蒲文龙.大倾角厚煤层开采技术研究[D].辽宁工程技术大学，2005：23—42
【关键词】综采；断层；形态控制
【中图分类号】TD823
【文献标识码】A
【文章编号】1672—5158（2012）10-0197-02
1 概况综述
工作面过断层是开采过程中常遇到的问题，提高工作面过断层的速度和效益的关键在于如何控制最佳的工作面形态。到目前为止，复杂地质条件下各类综采开采，依然是没有妥善解决的重要课题，没有可以借鉴的理论基础和成型经验。目前，仅对综采工作面落差较小的断层总结了一部分开采原则，较大落差的断层一般建议重新施工开切眼，搬家。但对于赋存高密度断层的煤层，如果继续遵循以上原则，则无论是块段储量、搬家费用、三量平衡还是设备效能发挥都是不经济的也是不合理的。要最大限度发挥综采工艺设备灵便优势的有效途径，加大采面过断层的能力，就必须对工作面过断层的形态控制原则问题进行分析研究。
2 现场应用案例
东山煤矿东八左四片工作面位于两道大断层中间，沿走向褶曲断层连续伴生并赋存有其它灾害性地质构造；东八左四片工作面位于东八采区中下部，上临DF91断层，落差3～6米，下临DF41断层，落差O～47米，两个断层间距138米，该工作面长118米，走向长1040米，沿走向整个工作面为两道背斜、一道向斜构造，上下巷共揭露落差1.5米以上断层21道；两巷为全岩状况巷道4处，累计137米，半煤岩巷道3处，累计97米；经实际揭露，工作面长期赋存2～3道上下巷均未揭露的隐性走向断层，并赋存有底鼓、基底不平等其它灾害性地质构造。
2.1 方案的选择
我矿初步研究采取以下三套方案过该地质构造。
（1）搬家、回撤、跳面通过该地质构造。
（2）将工作面缩短35米后，沿走向推进78米后，再将工作面恢复原长度，绕过该地质构造。
（3）工作面直接通过该地质构造。
方案一
优点：
1 施工技术可靠。
2 顶板管理简单。
3 对综采支架的损害小。
4 煤质好。
缺点：
1 施工工期长，预计停产50天。
2 储量损失大，预计储量损失4.6万吨。
方案二
优点：
1 地质储量损失较小，少回收1.85万吨煤。
2 顶板管理简单。
3 对综采支架的损害小。
4 煤质好。
缺点：
1 需补送的掘进巷道长，预计110米。
2 地质条件不确定，该地垒构造沿倾向侵入工作面长度不祥。
3 施工复杂，舡工期较长，预计停产30天。
方案三
优点：
1 地质储量损失率为0。
2 停产时间为0。
3 无需补送掘进施工巷道。
缺点：
1 顶板管理困难。
2 对支架损害大。
3 没有成熟的技术和施工组织方式。
4 原煤含矸率高。
5 地质条件变化对施工的影响程度不确定。
2.2 工艺简述及应用措施
综采工作面通过断层施工的主要工艺为：
（1）风动凿岩机打眼、火工爆破落岩；
（2）采煤机装岩，辅助人工装岩；
（3）运煤系统外运岩石；
（4）综采支架支护顶板；
总的来说，综采工作面在断层施工区就是用炮采的落岩方式综采的支护、装岩、运输方式施工。
针对第三套方案的缺陷，我们采取了以下措施：
（1）工作面50号支架以上部分随煤层产状变化尽量向高抬起（以运输机形态允许为原则），以减少岩石钻爆工作量。
（2）在工作面上巷铺设4时专用风管一趟，以确保工作面三台凿岩机同时作业有足够的风量。
（3）钻爆施工段严格执行超前拉架，控制顶板。
（4）确保地面风选系统在回采期间连续正常开车，将绝大部分矸石选出，确保煤质。
3 断层区域综采工作面形态控制分析
综采工作面在断层区域进行回采的速度和效果主要取决于以下四个方面因素：工作面全岩段长度和钻爆施工的难易程度、顶板控制的复杂程度、工作面设备的运转空间和环境、工作面和上下两巷的空间关系。以下我们将分别分析。
3.1 工作面全岩段长度和钻爆施工的难易程度
从理论上讲，如果不考虑施工工艺问题，工作面按断层走向剖面的煤层断裂方向，工作面与断层走向平行，可以取最短路径从断层一盘过渡到另一盘。可是如果这样控制工作面形态，那么全工作面都为岩石，即便不考虑其他工艺问题，单进行全工作面岩石的钻爆施工，在工艺上也是不可行的。
3.2 顶板控制的复杂程度
当支架的里外伪达到一定程度是，支架的顶梁支撑点必然前移或后移，使支架由面支撑变为线支撑，如果支架有倾倒趋势又会造成点支撑，支架的工况随之逐步恶化。而断层区无论是层面还是顶部揭煤区域，顶板都极为破碎。如果支架工况较差则必然引发大规模冒顶，极大影响断层区施工速度，所以工作面里外伪的角度控制必须考虑支架的工况问题。同时工作面为快速拟合到最佳曲线，则工作面的角度必然出现剧烈变化，我们试验过将工作面角度调整到25°以上，工作面支架出现大面积倾倒，工作面顶板控制状态极度恶化。 3.3 工作面和上下两巷的空间关系
断层在与上下两巷相交时，根据断层的产状不同、与两巷的夹角不同，在两巷形成长度不一的全岩和半岩巷道。工作面的头、尾在两巷中经过全岩及半岩巷道施工时除考虑一般性的施工原则还要注意以下问题：
工作面尾部通过全岩、半岩巷道，除要注意岩石量最低原则和翻越原则，还应考虑到回风断面是否满足通风要求和综采上出口高度不得低于1.8m的要求。
一般尾部过断层影响巷道时，不宜过多考虑岩石量问题，除保证上出口高度，通风断面外，上端口处顶板支护不宜出现台阶，必须考虑到工作面尾部过断层层面时破碎顶板的维护问题。总体来说，如果支架支撑高度大于上巷高度，可考虑在支架最大支撑高度满足情况下，尾部适度下卧；由于工作面输送机尾一般位于上巷中，所以通常不考虑工作面尾部抬起高于上巷底板。
综采工作面过断层施工是已工作面全岩量最小为目标，综合考虑断层形态、工作面交角、设备的运转环境、设备使用空间、顶板控制难度、两巷配合关系等各方面综合因素的复杂工艺组织。
4 控制原则综述
经过以理论计算和机理分析以及大量的现场实际工艺现象的统计分析，我们得出了指导东山煤矿综采工作面断层区施工，工作面形态控制的10项原则，现综述如下：
（1）工作面岩石量最低原则
（2）基本上翻越局部穿越原则
（3）破软不破硬原则
（4）工作面与断层交角最大化原则
（5）不降低采高原则
（6）上巷保证最小行人空间原则
（7）工作面凸凹角不超过设备使用极限原则
（8）下巷保证设备合理搭接和最小过货空间原则
（9）俯仰角保证装备最小通过空间原则
（10）整体工艺性配合优先考虑顶板控制的原则
5 结论
以上理论分析和原则是在东山煤矿综采工作面中的开采实践中得出，尤其对复杂区域综采工作面过断层方案的选取及形态控制具有直接的借鉴意义，为相似条件下的其他矿井提供参考。
参考文献
[1]程云雕.综采工作面大倾角俯采转采技术应用[J].煤矿安全，2008（06）：53—56
[2]蒲文龙.大倾角厚煤层开采技术研究[D].辽宁工程技术大学，2005：23—42