厚煤层工作面过复杂地质构造区技术方案研究

穆永刚 穆小刚

（1.山西鑫飞能源投资集团有限公司，山西 吕梁 033300；2.山西柳林金家庄煤业有限公司，山西 吕梁 033300）

综采工作面在回采期间受地质构造影响比较严重[1-3]，有时会很大程度影响工作面的回采率以及采掘接替计划，部分复杂地质构造也会破坏煤层的连续性和稳定性，在回采过程中会形成应力集中区和破坏带，会导致冒顶以及煤壁片帮等[4-5]。根据山西柳林鑫飞贺昌煤业有限公司50202 综采工作面实际揭露情况及物探结果综合分析，构造对工作面回采影响较大，根据矿井实际情况提出了三种过复杂地质构造的回采方案，并进行了对比分析。

1 概况

1.1 50202 综采工作面概况

50202 综采工作面井下位置位于一水平5#煤层二采区，工作面东部为二采区南大巷，西部为该矿井田边界，北部为闫家山村保安煤柱，南部为50204 回风顺槽，上部为4#煤层采空区。工作面所处位置井下标高为+534～+621 m。

50202 综采工作面共沿走向布置5 条巷道，分别为进风巷道、回风巷道、低位瓦斯抽采巷道、高位瓦斯抽采巷道。其中，进风巷道的主要作用是为50202工作面提供进风风流；回风巷道主要用途是排出风流，并且负责物资运输与人员行动；低位瓦斯抽采巷道与高位瓦斯抽采巷道是在煤层的顶板与底板中，负责51104 工作面与邻近工作面的瓦斯抽采。

1.2 50202 综采工作面构造概况

通过对探测钻孔的测井轨迹分析，判断钻孔见煤点标高，重新修改完善了构造区煤层底板等高线，预测构造影响范围为1000～1590 m。按照工作面推进中支架倾向最大调整角度15°、推进方向最大调整角度12°，结合工作面地质剖面图，依据工作面预测影响范围，将构造区分为4 个区域，具体如下：

1）在1000～1200 m 范围内，进风巷道的区域位置处于褶曲构造带中，煤层的倾角最高可达25°以上，受地质构造的影响，煤层的走向落差幅度较大，约为32 m，同时，进风巷道的顶板与5#煤层的底板距离在2.0～8.5 m 之间。为此，工作面进风巷道的底板岩石应采取割底措施，截割范围在50～95 m 之间，岩性主要为中粒砂岩，约占62%，其余部分为砂质泥岩。

2）在1200～1400 m 范围内，进风巷道处于煤层的地质构造严重影响区域内，煤层破碎情况严重，褶曲的轴部位于工作面中间位置，并且发育有节理以及断裂构造。煤层倾角平均为9°，褶曲轴部平均为18°。工作面底部的截割范围在60～80 m 之间，岩性主要为中粒砂岩。

3）在1400～1500 m 范围内，褶曲的轴部靠近回风巷道，煤层的倾角平均为10°，工作面的底部截割区域也逐渐向回风巷道转移，工作面底部的截割范围在35 m 左右，岩性主要为中粒砂岩。

4）在1500～1550 m 范围内，工作面底部的截割区域位于回风巷道，工作面底部的截割范围在40 m 左右，岩性主要为中粒砂岩，在工作面推进到1590 m 时，构造带趋于稳定。

2 工作面过复杂地质构造区优化方案

按照生产衔接排布，50202 综采工作面预计于2023 年2 月回采至构造区1050 m 处，根据构造综合分析结果，制定以下三种过构造方案。

2.1 工作面硬过构造推进方案

1）工作面进入构造带区域调坡

工作面在1000 m 位置时，对工作面的坡度进行调整，进风巷道端头逐渐向5#煤层的底板岩石段嵌入，在进入构造带区域的初始阶段，进风巷道高于回风巷道17 m，工作面靠近进风巷道的5#～35#支架煤溜以8°下坡，截割底板的深度为0.5 m。

2）采用爆破技术通过构造带

工作面推进至1050～1100 m 时，进风巷道的角度为-8°，邻近的1#～27#支架嵌入底板岩石中，爆破钻孔应采取5 花眼布置方式，5#～35#煤溜的角度为-6°。在推进的过程中实时采用爆破技术保障工作面可以沿煤层底板推进，并且最大限度地减少底板的截割范围。

工作面推进到1100～1250 m 时，进风巷道的煤层角度受地质构造的影响会明显增大，在走向方向上最高可达20°，在倾斜方向上最高可达25°。工作面在下坡的过程中，回风巷道较高，进风巷道较低，巷道的落差平均为12 m，靠近进风巷道的1#～33#支架嵌入岩石底板，5#～40#支架煤溜平均下坡角度为13°。在推进的过程中实时采用爆破技术保障工作面可以沿煤层底板推进，并且最大限度地减少底板的截割范围。可通过采取合理的调坡角度、调整巷道的角度，保证支架的稳定性。

2.2 构造带区域跳采

当工作面推进到1050 m 位置时拆除架巷，在工作面1250 m 的位置处开切巷道，采用跳采的方式通过200 m×220 m。在巷道施工完成后拆除内部设备，将工作面的支架搬迁到1250 m 处的巷道，同时，需要施工倾斜的高位抽采巷道，如图1 所示。

图1 构造区整体跳采示意图（m）

2.3 避开构造区改小面施工绕巷跳采

当工作面推进至1050 m 处，需要开挖长度为100 m 的拆架巷，同时在1250 m 处施工一条100 m新切巷，在1330 m 处开挖长度为100 m 的绕巷，在工作面的中部开挖50202 进风顺槽（新）。在回采系统形成以后，拆除工作面的机械设备，液压支架搬迁至新的切巷，其中1/2 的工作面跳采。工作面推进过后，工作面长度恢复到全断面长度。

图2 避开构造区改小面施工绕巷跳采示意图（m）

3 现场实测效果分析

3.1 经济效益核算

三种方案过构造地区经济效益对比：

1）硬过构造推进方案。工作面强行通过地质构造带需要83 d，构造带可以出煤300 800 t，按照每吨的利润为135 元计算，收益4 060.8 万元。费用483.32 万元。利润4 060.8-483.32=3 577.48 万元。

2）工作面跳采方案：新掘一条220m 切巷，用时55 天（拆架巷与掘进施工平行作业）。倾斜高抽巷（87m）施工、掘进设备拆除、回采设备拆除及安装用时45 天。共计用时100 天。成本费用：新开一条切巷成本费用（包括材料费、设备租赁费用和人工费）177.34 万元，新施工一条倾斜高抽巷（或施工钻孔）成本费用概算20 万元，工作面末采、拆除及安装成本费用318.54 万元，工作面设备租赁费用498.2 万元，原方案费用共计1014.08 万元。采用跳采方案，减去新施工一条倾斜高抽巷和工作面末采、拆除及安装成本费用，成本约为675.54 万元。经济效益：利润：1014.08 万元-675.54 万元=338.54 万元。

3）工作面绕巷跳采经济核算。绕巷跳采需要开切一条100 m 的新巷道，所用时间为25 d；掘进一条长度为270 m 的进风巷道与100 m 的绕巷，所用时间为46 d。绕巷内的所有设备的回收与安装时间为5 d。工作面的设备安装与拆除的主要时间为20 d，安装与拆除作业与掘进巷道平行作业。综上所述，所用的总时间为76 d。成本费用：开挖一条切巷所用的费用为80.6 万元，开挖进风巷道与绕巷所用的费用为214.6 万元，工作面的设备拆除、安装费144.8 万元，租赁费用487.3 万元，以上各类费用合计927.3 万元。经济效益：构造区绕巷跳采可以出煤181 800 t，每吨利润按135 元计算，收益2 454.3万元；费用927.3万元；利润2 454.3-927.3=1572万元。

3.2 三种方案安全效益对比

硬过构造方案支架的角度调整较困难，不能保证工作面设备完全按照设计进行角度调整，对施工人员可能造成安全隐患。绕巷掘进施工本身就是巷探的一个过程，探测效果比钻探效果更好，能够更直观地探明构造大小及影响范围，在探测后采取一定治理措施，可以有效地保证安全回采。

综上分析，采用绕巷跳采方案更加合理，既能够取得可观的经济收益，安全性也较好。

4 结语

针对厚煤层综采工作面回采期间出现复杂构造问题，为保证综采工作面安全高效过复杂地质区，分别对跳采方案、硬过方案和绕巷跳采方案对比分析提出最优方案。通过现场实测效果分析可知，综采工作面过褶曲构造采用绕巷跳采方案更加合理，有良好的经济和安全效益，该技术适用于复杂地质条件厚煤层的回采方案。