韓叢波

（冀中能源股份有限公司葛泉礦，河北 邢臺 054001）

煤礦開采作業(yè)的復(fù)雜性與專業(yè)性是毋庸置疑的，為確保開采作業(yè)的安全與有效，必須按照要求做好安全防護工作。比如在進行斷層開采煤炭作業(yè)時，經(jīng)常會受到綜采工作面的影響，如果綜采工作面的施工效果不佳，則必然影響到煤炭開采通道的安全性。再比如煤礦綜采工作面在過斷層時，對頂板可能會造成不良影響，出現(xiàn)頂板破損裂開的風(fēng)險相對較高，嚴(yán)重時會出現(xiàn)頂板垮落的風(fēng)險事件，對整個煤礦開采作業(yè)影響巨大[1]。所以，非常有必要分析探究煤礦綜采工作面過斷層時的頂板控制要點及措施，本文結(jié)合當(dāng)前的相關(guān)研究成果，對此進行系統(tǒng)的分析探究，為從事煤礦開采作業(yè)的朋友們提供些許建議。

1 斷層采煤的潛在風(fēng)險

近些年來，煤礦開采作業(yè)的難度越來越大，開采作業(yè)所處的地質(zhì)地形環(huán)境變得較為惡劣，尤其是經(jīng)常性出現(xiàn)斷層采煤的情況。一些大型煤田往往會橫跨多個省份和地質(zhì)結(jié)構(gòu)帶，所以煤礦的開采作業(yè)不可避免地受到地質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響，影響最大的便是斷裂帶。當(dāng)?shù)貧み\動時容易出現(xiàn)破裂現(xiàn)象，從而形成斷層，斷層這一種情況的出現(xiàn)，導(dǎo)致實際的煤礦開采作業(yè)面臨較多的安全隱患，甚至是威脅到現(xiàn)場工作人員的生命安全。目前來看，斷層采煤作業(yè)的潛在風(fēng)險是很高的，危險性集中體現(xiàn)在三個方面。第一，在煤礦開采作業(yè)中遇到斷層時，如果工作面的斷層越多，則頂板所承受的壓力越大，情況嚴(yán)重時會出現(xiàn)頂板坍塌事故[2]。第二，如果煤礦中已經(jīng)存在有害氣體、水資源，則在通過斷層時會有很大的風(fēng)險。如果過斷層時不慎流露水資源、有害氣體，會給現(xiàn)場工作人員造成嚴(yán)重的風(fēng)險。第三，斷裂破損帶區(qū)域支架頂梁可以發(fā)揮出重要的作用，如果出現(xiàn)破損的頂板，則必須及時進行支擋和加固的處理。在此過程中，頂梁所形成的作用力通常會加速頂板破損速度，當(dāng)支架的作用越大，則頂板破損會越強，如此一來，便會導(dǎo)致頂板整體破損的問題，支架支護效率不佳。

2 煤礦綜采工作面過斷層時的采煤方式

從當(dāng)前煤礦綜采工作面過斷層時的采煤作業(yè)來看，積累了一些較為成熟的采煤方式，能夠取得較好的運用效果。需要特別注意一點，即為了最大限度避免影響到斷層采煤作業(yè)的安全性和有效性，需要在開采作業(yè)開始前全面勘察斷裂區(qū)域的具體情況，在此基礎(chǔ)上制定出科學(xué)有效的采煤方案。在煤礦綜采工作面過斷層時，采煤方式主要有三種，即直接割煤過斷層、割頂或者割底、斷層上下底相結(jié)合。

在運用直接割煤過斷層這一方式時，可以有效避免綜采工作面和斷層有所接觸。作為一種常用方式，直接割煤過斷層有適用場景，當(dāng)斷裂區(qū)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)較厚，且礦井煤層較厚時，便可以考慮運用直接割煤過斷層這一方式[3]。

割頂或者割底采煤這一方式的運用相對廣泛，主要是適用于斷層巖塊不硬這一條件。在煤礦綜采工作面過斷層時，為了有效打掃通道中的石頭、巖塊，通常都是采取爆破的形式，但同時容易誘發(fā)通道坍塌這一風(fēng)險事件。針對于此，通過采用割頂或者割底采煤，既可以有效地處理無用的巖塊、石頭，也可以有效增加通道內(nèi)的使用面積，爆破作業(yè)所造成的危害可以得到最大限度的防止。

斷層上下底相結(jié)合這一方式的適用條件相對嚴(yán)格，當(dāng)前并未得到廣泛的運用。如果煤盆地面積較大，且出現(xiàn)較大的斷裂區(qū)域，則可以考慮運用斷層上下底相結(jié)合這一方式。通過技術(shù)處理，斷層區(qū)域可以保持一個相對平衡的狀態(tài)，如此一來，能夠大大提高斷層區(qū)域煤礦開采作業(yè)的安全性，對提高煤礦開采作業(yè)的效率也有十分大的裨益。

3 煤礦綜采工作面過斷層時的頂板控制措施

3.1 設(shè)計、現(xiàn)場管理控制要求

（1）從源頭制定工作面有關(guān)管理制度，包括工作面地質(zhì)分析和頂管管理制度，三級審核工作面地質(zhì)分析報告和頂板設(shè)計、施工管理計劃，采取有效措施，杜絕工作面冒頂。（2）科學(xué)編制采區(qū)巷道布置、開采程序、工作面支護形式和工作面頂板管理方案。認(rèn)真編寫采煤工作面作業(yè)規(guī)程、工作面初采初放和收尾平安技術(shù)措施、初次來壓和周期來壓的特殊支護措施，同時還應(yīng)根據(jù)煤層及頂板的變化情況對作業(yè)規(guī)程進行修改和補充。（3）施工過程中，嚴(yán)格按照制定的支護作業(yè)規(guī)程進行施工作業(yè)，從施工材料，施工質(zhì)量控制進行現(xiàn)場施工管理，按照有關(guān)施工、監(jiān)管有關(guān)制度加強監(jiān)督審查，杜絕空頂作業(yè)。在保證施工質(zhì)量的同時，優(yōu)化布置，及時支護到位。對工作面過老空區(qū)、舊巷和斷層等區(qū)域時，要制定專項的平安技術(shù)措施并嚴(yán)格遵照執(zhí)行。（4）必須嚴(yán)格按照“先支后回”的原則只設(shè)支柱，禁止違規(guī)提前摘撤支柱，尤其是風(fēng)、機兩巷超前及上、下端頭頂板支柱，對工作面造成危險，損壞的支柱要必須及時更換，定期開展支柱檢查。（5）按照制度要求，回風(fēng)巷、機巷至少準(zhǔn)備使用量10%以上的單體支柱、枕木和背板等備用支護材料，材料必須符合工作面使用規(guī)程要求，質(zhì)量安全可靠，并存放規(guī)整，使用方便。（6）靠近煤壁的局部冒頂，應(yīng)采取正確的支護方法，看采用正懸臂交接頂梁還是倒懸臂交接頂梁支撐時看看底板的巖性，如果較軟時應(yīng)對支柱進行穿鞋，要保持支柱垂直底板，使其到達(dá)足夠的初撐力；對易偏幫的應(yīng)進行掏窩掛梁的方法。（7）進行爆破作業(yè)時，按照科學(xué)要求裝配藥量，保護附近的支架和機器，杜絕安全隱患。（8）對工作面上下兩端出口采取木垛支護，加大支架的側(cè)應(yīng)力，防止壓力增大，支架變形傾倒，巷道偏幫。另外，在設(shè)計巷道支護時，避開斷層，防止斷層，保持掘進在完整巖石層中。

3.2 做好注漿加固施工

當(dāng)煤礦綜采工作面過斷層或斷裂帶時，均容易出現(xiàn)頂板破損、頂板開裂、端面距增加的問題，對開采作業(yè)的安全性有很大的影響。為了有效降低安全風(fēng)險，可以采取注漿加固施工方法，可以使用化學(xué)功能高分子材料，有效進行頂板、煤層四周的加固處理。如果是想達(dá)到更佳的加固處理效果，則可以考慮使用“JGPU煤礦加固煤巖體用聚氨酯材料”對工作面進行加固，目前已經(jīng)經(jīng)過驗證，由A 組分、B 組分組成，A 組分是深褐色均一液體，為有機高分子混合物，該材料主要成分為聚醚多元醇。煤礦加固煤巖體用聚氨酯材料B組分是一種淺色半透明均一液體，為純有機高分子混合物，該材料主要成分為聚合MDI。A 組分、B 組分按體積比1:1 混合固化后生成的固結(jié)體具有力學(xué)性能高的特點，可有效將原來松散、破碎、不連續(xù)的煤巖體膠結(jié)成連續(xù)、完整的固結(jié)體，并能夠充填煤巖體裂隙空間，改變煤巖體應(yīng)力分布情況，提高煤巖體承重能力。迅速解決各種具有安全隱患的地層問題。預(yù)防頂板破碎和冒頂?shù)仁鹿?，保障生產(chǎn)安全。不僅如此，煤礦加固煤巖體用聚氨酯材料的成本不高，可以有效控制成本。除此之外，如果是要對煤層墻壁進行加固處理，則考慮使用垂直煤壁鉆孔技術(shù)，并且可以使用仰斜鉆孔法，能夠促使頂板處理更加的結(jié)實。待有效完成鉆孔處理任務(wù)后，現(xiàn)場工作人員要按照要求進行高氣壓灌漿處理，主要對象是頂板鉆孔、煤層四周。

3.3 做好頂板控制的針對性操作

地質(zhì)構(gòu)造帶的形成較為復(fù)雜，主要是由褶皺、斷層、巖漿巖、喀斯特陷落柱所構(gòu)成。其中，斷層是非常常見的，經(jīng)常出現(xiàn)在煤礦綜采工作面中。當(dāng)煤礦綜采工作面經(jīng)過斷層時，容易出現(xiàn)四種情況：一是支架的支護不能起到良好作用；二是頂板破損程度可能會加大；三是上部礦巖層易出現(xiàn)塌落事件；四是支架出現(xiàn)歪斜情況。如果斷裂區(qū)域有較好的構(gòu)造，表現(xiàn)為四周的巖石較為堅硬，可以使用采煤機進行切割處理，則此時斷層不會造成嚴(yán)重的不良影響。但如果斷裂區(qū)域沒有良好的構(gòu)造，表現(xiàn)為四周的巖石相對松軟，甚至是容易掉落，則此時煤礦綜采工作面會形成較大的破損區(qū)域，后續(xù)的開采作業(yè)難以有效進行。

需要特別考慮一種情況，即遇到斷層之后礦壓是否出現(xiàn)不正常的情況，評估支架經(jīng)過時所出現(xiàn)的各種表現(xiàn)。通常情況下，在支架經(jīng)過斷層時會有三種顯著特點。第一，頂板有明顯的下落速度，且會加快。第二，支架的加固作用受到明顯的影響，煤礦綜采工作面在經(jīng)過斷裂破損區(qū)域兩邊時，容易出現(xiàn)壓力增強這種情況。第三，支架施工情況變得較為復(fù)雜，此時在進行煤礦綜采工作面作業(yè)時，要綜合考慮多方面的條件，主要是考慮四周巖石的軟硬程度、斷層落差的高度、煤層厚度[4]。當(dāng)發(fā)現(xiàn)煤層的厚度和支架最小支撐高度之差是大于斷層落差，則可以采取調(diào)整割煤高度這一方式，能夠確保煤礦綜采工作面順利通過斷層。工作面的前方遇到斷層時，可以采用仰采方法。還應(yīng)該考慮一點，即如果斷裂區(qū)域的頂板有破損或嚴(yán)重破損，則應(yīng)該考慮將金屬網(wǎng)纏繞在頂梁上。當(dāng)斷層的落差較大，應(yīng)該考慮采用采煤機，進行切割處理[5]。發(fā)現(xiàn)四周的巖石質(zhì)地較為堅硬，則可以使用爆破方式或震動炮。除此之外，還有一種情況，即煤層厚度和斷裂區(qū)域的落差是一致的，這種情況下不能采取煤礦綜采工作面強硬通過的方式，原因是會使用較多的坑木，導(dǎo)致成本增加。在解決這一問題時，通常都是需要重新挖掘切眼。

3.4 運用煤層深孔爆破預(yù)裂措施

運用煤層深孔爆破預(yù)裂這一措施時，有兩點需要重點把握。第一，分析煤層和礦層上的巖層，并在兩者的中間位置實施深孔加工處理，按照要求進行專業(yè)性的爆破處理，必須確保不對礦層上的巖石形成破壞作用。與此同時，需要煤層和礦層上的巖層出現(xiàn)縫隙，所出現(xiàn)的縫隙必須與綜合工作面有互相平行的關(guān)系，如此一來，開采作業(yè)中施加合適的力，便可以讓煤層和礦層上的巖石有效掉落。第二，待按照要求完成預(yù)裂爆破任務(wù)，現(xiàn)場工作人員要將1 根聚能管放置在相同組光面孔中，并且需要在聚能管的兩邊熔接圓孔。在爆炸聚能管時，應(yīng)該放置毫秒延期電雷管，并使用煤礦許用乳化炸藥，目前來看，一組光面孔每一次只能爆破1 個孔，應(yīng)該按照從孔里向外的順序開展爆破作業(yè)，整個過程中必須確保安全。

3.5 配合運用插板支護法

插板支護法發(fā)揮著重要性的作用，可以幫助綜采工作面順利經(jīng)過斷層，值得推廣運用。長時間的研究中發(fā)現(xiàn)，在巖石中注入具備固化作用的漿液，同時按照要求制作金屬網(wǎng)，雖然可以較為有效地支護頂板，但是存在固有的缺陷，即不能長時間有效的支護頂板，并且作用力容易導(dǎo)致頂板出現(xiàn)破壞問題。針對這一問題，現(xiàn)場工作人員可以在制作完所需要的金屬網(wǎng)之后，盡快對頂板進行插板支護處理，發(fā)揮出插板支護法的最佳效能。當(dāng)前所運用的插板支護法，有多方面的顯著優(yōu)勢，可以幫助綜采工作面順利通過松軟破碎巖層。在實際運用插板支護法時，位置可以選在煤層墻壁和頂板的連接之處，并且要與煤層墻壁呈現(xiàn)出一種相互垂直的關(guān)系，在處理綜采工作面時，要使用鋼針進行有效的支護處理[6]。待完成一排的插板支護作業(yè)任務(wù)后，現(xiàn)場工作人員要將支護、液壓支架放在一起，采用帶壓擦頂移架的方法處理，最終順利確保綜采工作面通過斷裂帶。

4 結(jié)語

基于斷層所造成的安全風(fēng)險，在煤礦開采作業(yè)中要十分注意，采取科學(xué)有效的方式幫助綜采工作面通過斷層。當(dāng)前在綜采工作面通過斷層的研究中取得了較多的成果，也積累了一些成熟的經(jīng)驗，均是值得推廣運用的，注漿加固施工方法有助于提高支護效果，而采用超前鋼針支護處理，可以大大提高超前應(yīng)力區(qū)頂板的穩(wěn)定性，對于后續(xù)的煤礦開采作業(yè)十分有利，后續(xù)應(yīng)該重點推廣?？紤]到綜采工作面通過斷層的風(fēng)險較大，如何確保安全是應(yīng)該一直探究的，所以后續(xù)要繼續(xù)加大研究力度，掌握綜采工作面通過斷層的更多處理方式，確保頂板處于安全、可靠的狀態(tài)。