摘要：论文通过对缓倾斜煤层地质构造断层带性质及对回采影响范围的分析，结合以往过断层的经验，对施工成本、产量及安全等多方面进行比较，提出了工艺巷配合大直径深孔预裂爆破岩石实现综放工作面安全、快速地通过断层的技术方案，实现综放工作面过断层安全回采。
关键词：缓倾斜煤层，过断层，回采，技术研究
Research on Technology of Gently Inclined Coal Seam acrossGeological Faults
Abstract：With thorough understanding and analysis on geological faults and related influential range of recovery of inclined coal seam，taking into account the past experience of going through faults，comparing cost，production and safety，a technical program is put forward forfully mechanized face going through faults quickly and safely when technical tunnel works together with large-diameter deep hole presplittingblasting rock.Research and proposal of parameters such as tunnel layout，advancement and large-diameter deep hole presplitting blasting，make safe recovery of fully mechanized face across faults possible，which could be refered to for minging on gentle inclined coal seamgeological faults.
Keywords：Gently inclined coal seam；Across faults；Recovery；Technology study
1概况
神华新疆能源有限责任公司屯宝煤矿位于准南煤田硫磺沟矿区西部，北距硫磺沟镇15km，行政区属昌吉市硫磺沟镇管辖，设计生产能力120万t/a，主要环节能力预留500万t/a。井田位于阿克德向斜南翼，呈一单斜构造。本区位于天山的北部边缘强震断裂带范围之内，地震活动强度大、频率高。中侏罗统西山窑组是本井田主要含煤地层，区内主要的可采煤层为4~5#、7#、9~10#、14~15#，各煤层均有分叉和合并现象，但层位较稳定，有规律可循，属较稳定型煤层。目前矿井所采煤层为4~5#，平均厚度约7.4m。4#煤层厚度约2.8m，5#煤层厚度约4.6m，4#与5#煤层间的夹矸厚度0.37～2.2m，平均厚度1.3m。夹矸岩性为粉砂岩、细砂岩。煤层顶、底板岩性均为粉砂岩、细砂岩。该矿首采区为+850m水平西翼采区，西翼采区地层走向北东-南西，倾向北西，倾角10°～24°，东西长约2.3km（由于受F12大断层影响，该采区东西实际走向布置长度为1.5km），南北宽约0.6km。
2开采工作面地质构造情况
屯宝煤矿开采的1152综放工作面地质构造复杂，共有大小断层8条，其中T1、T2、T3、T4和T6断层对工作面正常开采影响较大。在回采范围内，+918水平巷道共揭露9个断点，+968水平巷道共揭露10个断点，断距在0.5~7.0m间。采区内T1断层落差3.0m，T2、T3、T4为组合断层，落差2.6m~7.0m，T6断层产状走向68°、倾向338°、倾角79°、落差1.6~3.0m；所有断层均与工作面斜交，跨度沿工作面推进方向距离为20~226m间，推进长度受断层影响区域累计达537m。该工作面以煤机切割回采5#煤层为主，放4#煤层为辅，工作面于2008年12月开始回采，从开切巷起推进到300m时遇到T6断层。
3工作面过断层方案
3.1工作面过断层方案确定
在认真总结以往过断层经验及分析1152工作面断层性质及对回采影响范围的前提下，通过施工成本、产量及安全等多方面进行比较，经反复研究，最终决定采取工艺巷配合大直径深孔预裂爆破岩石方案实现1152综放工作面安全、快速地通过T6断层。
3.2施工工艺巷配合大直径深孔爆破预裂技术
工作面推进至T6断层位置时，靠下顺槽段将处在M5煤层底板岩石层位中，为超前解决工作面推进过程中预爆岩石的问题，在巷道岩石处提前施工超前工艺巷，并在超前工艺巷内实施超前预裂爆破，提前预爆断层处的岩石，消除割硬岩对煤机的损伤，实现工作面快速推进的目标。
3.2.1巷道布置
在+918水平下顺槽T6断层下盘煤岩交接处布置工艺巷。接近断层位置沿断层走向布置两条主工艺巷，两条主工艺巷间距约20m，在主工艺巷之间布置副工艺巷，两主工艺巷通过副工艺巷连接，主、副工艺巷皆处在5#煤底板岩石内，预裂孔炮眼布置在副工艺巷间的岩柱内和主工艺巷以外的岩石中。
3.2.2工艺巷设计
工艺巷的设计以最大限度地减少煤机切割岩石为原则。工艺巷底板标高与采面底板标高相同。主工艺巷1坡度为+12°，长度45m。主工艺巷2坡度为+7°，长度45m。两主工艺巷平行布置。副工艺巷长度相同，每条长度20m。根据煤岩的硬度和工艺巷承载能力确定副工艺巷间的煤岩柱为6.0m。为了不使副工艺巷穿过断层破碎带，将两个主工艺巷布置在断层下盘岩石中。支护采用锚杆加锚索联合支护形式，锚杆间排距均为1.0m，巷道顶板采用冷拔丝网支护，两帮采用菱形铁线网支护。考虑煤机割铁锚杆时会产生火花和损坏截齿，巷帮支护锚杆采用玻璃钢材料锚杆，巷道顶板为预应力锚杆，锚杆直径18mm，长度2.2m。巷道采用矩形断面，宽3.0m、高2.8m，掘进断面积8.4m2。
3.2.3掘进施工
工艺巷施工同时布置两个掘进面，分别从+918水平下顺槽970m处开口施工主工艺巷2以及950m接近T6断层处开口施工主工艺巷1，当两条主工艺巷迎头岩石厚度小于0.6m时停止施工。副工艺巷施工由主工艺巷由里向外依次施工，先施工副工艺巷4，然后依次施工副工艺巷3、副工艺巷2、副工艺巷1。副工艺巷由一组掘进队施工，另一组将主工艺巷施工到位后停工撤出。工艺巷全部施工完毕后对巷道采用半圆木进行顶板加强支护，防止采面超前压力使巷道顶板下沉，点柱间距2.0m，布置于巷道中部。
3.2.4大直径深孔预裂爆破技术
工艺巷施工支护完毕后对副工艺巷间的岩石和主工艺巷外的岩石布置大直径预裂爆破孔，装大直径炸药预裂爆破岩石，对岩石进行预裂松动，便于煤机截割同时保证煤岩柱的自身支撑强度
3.2.4.1预裂爆破参数
钻孔φ75mm，副工艺巷间钻孔长度15m，其他钻孔长度30m，当钻孔见煤时停止打钻。钻孔与采面底板平面平行，开孔位置在岩石暴露厚度的中点，钻孔间距3.0m。使用药卷规格φ60mm×300mm×1kg的乳化炸药，炸药装至距孔口6.0m时开始封炮泥，封泥长度3.0m。爆破时每次起爆2个炮孔
3.2.4.2爆破措施
装药前用高压水将孔内的煤岩粉清理干净后，按照先在孔底装2节药卷→装1节引药→装5节药卷→装1节引药→装5节药卷……的顺序至孔口6.0m处停止装药。装药时药卷间不得有间隙，联炮时必须串联。在交接班时进行预裂爆破。上班人员下班后切断采煤工作面所有电器设备电源，在上、下顺槽入口处设警戒，禁止任何人员入内，然后开始爆破，将已装药的炮孔全部爆破完毕后，解除放炮警戒，检查气体正常后恢复供电。
4、 1152工作面过断层方案效果及经验
1152工作面2009年4月9日推进至工艺巷，正式开始过T6断层，5月11日通过T6断层，现场实测检验结果如下。
4.1工作面推进速度
加快T6断层走向68°，倾向338°，倾角∠79°，落差H=3.0m，下顺槽+918巷道①副工艺巷②副工艺巷③副工艺巷④副工艺巷序号名称金额（万元）备注1工艺巷施工费68 170m×4000元/m2炸药费用1.45 13元/kg×1120kg3雷管费用0.03 100节×2.93元/节4打钻工资费0.65 72工×90元/工5巷道支护补强费1.1 14m3木材×800元/m3合计71.23经实测1152工作面过预裂岩石段时，煤机割岩石时的平均速度为2.4m/min，与割煤速度相同，平均每日推进3.2m，而以往工作面过断层时平均每日推进约1.5m，比以往工作面过断层时的推进速度快了1倍。1152工作面过预裂岩石段时平均月进度达到95m，超过了防灭火最低月推进度60m的要求，避免了采空区发火的危险。
4.2产量提升
完成产量8.85万t，平均日产3400t，比以往采面过断层时的平均日产约1000t提高了两倍以上，保证了生产任务的顺利完成。
4.3机电设备故障影响降低
过断层期间未发生因煤机割岩石而造成的变频器损坏等电气故障和煤机滑靴断裂等机械故障。平均每天截齿仅更换8个，比以往采面过断层时每天节省截齿20多个，每天节约费用约3000元，提高了设备完好率，确保了机电设备的安全运转。
4.4工艺巷支护强度的检验
开采期间采面超前压力对工艺巷的影响检测结果：顶板下沉量平均为220mm，两帮移近量平均为410mm，帮顶变形量在支护安全要求的范围内。木支架支护完好，没有损坏，巷道压力局部显现，但对巷道支护影响不明显。
4.5大直径深孔预裂爆破技术的效果
副工艺巷之间6.0m宽的岩柱受矿山压力和预裂爆破的共同作用，岩石呈块状层叠有致地排列，裂隙率较大，岩层整体强度大大降低，使煤机切割容易，岩块能随煤机切割自行垮落，每块岩石最大长度不大于0.5m，预裂爆破效果明显。而在工艺巷以外的深孔预裂爆破因四周无自由面的影响，形成半径约0.2m的破碎压缩区，岩石的硬度在爆破后没有明显的降低，裂隙率没有明显增加，效果相对不明显。
4.6安全管理
4.6.1成立过断层时期领导组织机构
全面负责过断层时期的安全技术管理工作，确保各项安全技术措施落实到位，保证工作面安全、快速、顺利通过断层。
4.6.2通风管理
工艺巷在爆破后，加强对工艺巷的通风管理，防止出现瓦斯积聚及超限现象；在回采期间，煤机割煤经过贯通点前，必须对贯通点进行瓦斯检查，必要时进行瓦斯排放。
4.6.3顶板管理
回采时加强架前顶板管理，及时前移支架进行支护，防止由于工艺巷的超前预爆破对顶板破坏，而造成超端面距不及时支护引发的工作面片帮冒顶事故。
4.6.4爆破管理
防止超前预爆破中的瞎炮、爆破残留炸药或雷管引发煤机割煤时造成爆破事故。
4.6.5工作面支护工程质量管理
防止由于工艺巷及超前预爆破对围岩造成的破坏，以及受采动影响后，在工作面回采时造成的液压支架不接顶初撑力不足、登空、倒架、错架等隐患。
4.6.6贯通安全管理
根据工作面推进，提前做好贯通安全技术措施，加强贯通前支护、通风等各项管理工作，编制专项安全技术措施。
5过断层方案取得效益
通过采用施工工艺巷配合大直径深孔爆破预裂技术，取得了如下经济效益和社会效益。
1）1152工作面过断层与以往采面过断层期间相比可多出煤5.0万t，创造产值500万元；可节省煤机截齿520个，节约资金8万元（每个截齿154元）；减少对煤机电气设备的损坏，同比节省变频器一套价值18万元。去掉工艺巷的费用71.23万元，同比创造经济效益约455万元。
（2）该方案的实施成功的解决了1152工作面的推进速度问题。较以往同比月推进度增加45m。按解决60m长度（防灭火最低月推进度）占月推进度95m的比例，过断层期间净增推进长度为28.42m，折合产量约3万t，创效益300万元。
（3）作业人员不再进入工作面岩壁侧打眼、装药、放炮，同时消除了工作面放炮带来的安全隐患及对机械设备的损伤，杜绝了片帮伤人事故的发生，实现了工作面连续掘进、连续生产。
（4）由于工作面推进度的加快，避免了采空区自燃发火的危险，杜绝了因自燃发火而造成的封闭工作面和采空区瓦斯爆炸等事故的发生。
（5）伴随着机械、电气设备的故障率的降低，人员进入工作面煤壁侧抢修设备次数、时间也相应地减少，因作业环境不安全因素伤人的风险率也大大降低。
6过断层方案需改进的方面
6.1工艺巷的支护改进
一是将帮顶支护用的金属网改为阻燃的塑料网。使用金属网煤机割煤时金属网极易缠绕在煤机滚筒上对煤机滚筒、截齿造成损伤，并且可产生火花危险。改为塑料网对滚筒及截齿损伤小，缠绕物也易于处理，同时可消除火花的产生。二是将顶板金属锚杆改为可拆卸锚杆或玻璃钢锚杆，消除采煤机截割时火花的产生和降低对截齿的损坏。
6.2巷道掘进时间调整
同时由于工艺巷是在回采期间施工的，造成掘采串联通风，建议工艺巷施工应在掘进期间完成，在回采前实施超前预裂爆破，则可消除回采期间施工产生的隐患。
6.3下顺槽巷道形式改进
由于工作面下顺槽原为皮带巷，工作面过断层期间切割落岩后，下顺槽除皮带运输无其他可运输方式，造成岩石直接有由皮带运出，最终混入煤中，影响煤质。建议在新布置下顺槽皮带巷时采用机轨合一布置形式，在过断层期间，煤机切割后垮落的岩石可采用斗车装载后经轨道运输，做到煤、矸的分装分运，有效提高煤质，降低灰份。
6.4保证工艺巷施工定位的准确
要求工艺巷底板标高与采面底板标高相同。在施工工艺巷前做好地质勘察工作，可采用钻探等工艺提前探明断层以准确掌握断层处顶、底板情况，确保工艺巷施工的方位和坡度，最大限度降低工作面切割岩石量，防止工作面与工艺巷贯通时出现底板错差。
7结论
工艺巷配合大直径深孔预裂爆破岩石安全、快速过地质构造断层带方案。避免了每个班次都要进行打眼、爆破岩石，生产工序多，安全管理难度大，无法实现连续生产的缺点。提高了工作面的效率，有效保证了工作面安全、快速地通过断层，实现安全高效发展。
参考文献：
［1］贾悦谦.综采技术手册［S］.煤炭工业出版社，2006.
［2］李星宇.煤矿综采新工艺新技术与机械设备选型使用手册［S］.中国知识出版社，2005.