采煤快速过断层技术的研究与应用

采煤快速过断层技术的研究与应用

潘志新

淮北矿业股份有限公司涡北煤矿  安徽亳州  233600

摘要：本文分析介绍了煤矿采煤过断层技术的概况、断层对采煤作业的影响、快速过断层技术的研究与开发、关键技术及其应用、工程实践与效果评估及未来发展方向探讨等。按照技术理论实施，方可实现采煤快速过断层。

关键词：煤矿开采；断层；快速推进；技术

1.采煤过断层技术概述

矿山开采活动常常会遇到地质构造的影响，其中断层是最常见的地质构造之一。断层的出现会对采煤作业产生严重干扰，不仅会影响采煤进度，还可能造成安全事故的发生。因此，如何有效地克服断层对采煤作业的不利影响，一直是矿山工程技术人员需要解决的重要课题。

采煤过断层技术就是针对这一问题而发展起来的一种关键性采煤技术。它主要通过对断层及其周围区域进行预处理，采用先进的开采工艺与装备，以实现快速安全地通过断层，减少断层对采煤作业的干扰。这种技术的研发及应用，不仅提高了采煤效率，也增强了采煤作业的安全性。

2.断层对采煤作业的影响分析

断层是地壳内部构造运动形成的一种地质构造，它通常表现为地层发生断裂位移。断层的出现会对采煤作业产生诸多不利影响，主要体现在以下几个方面：

(1)断层会阻碍采掘工作面的推进。煤层被断层切割后，采煤作业必须暂时停止，需要重新规划采掘方案，增加了采煤成本。

(2)断层附近地层常常会产生较大的应力集中，易引发冒顶、顶板失稳等安全隐患，威胁采掘作业人员的生命安全。

(3)断层破坏了煤层的连续性，使得煤层厚度、倾角等参数发生变化，给采煤方案的制定和生产组织带来困难。

(4)断层还可能造成地下水的大量涌入，增加了采煤作业的难度，需要投入大量人力物力进行治理。

总之，断层的存在给煤矿的安全生产和经济效益带来了严重的不利影响，亟需采取有效措施加以应对。

3.快速过断层技术的研究与开发

为了克服断层对采煤作业的不利影响，矿山工程技术人员通过长期实践与研究，逐步开发出了快速过断层技术。这项技术的核心思路是，在采掘工作面接近断层时，提前进行断层及其周边区域的预处理，然后采用先进的开采工艺与装备，快速安全地通过断层，尽量减少断层对采煤作业的干扰。

具体来说，快速过断层技术主要包括以下几个方面的内容：

(1)断层预处理技术。通过钻孔注浆、预裂爆破等方式，对断层及其周边区域进行加固处理，降低地层的破碎度，增强其稳定性。

(2)采煤工艺优化。采用先进的顶板控制技术、智能化采煤装备等，提高采煤效率，缩短穿越断层所需的时间。

(3)监测预警技术。利用先进的监测仪器，实时监测断层附近地层的应力变化、水文地质状况等，为采煤作业提供及时的预警信息。

(4)应急救援技术。建立完善的应急救援预案，配备先进的应急装备，以应对断层诱发的各类事故情况。

通过对上述关键技术的研发与优化集成，快速过断层技术逐步形成了一套行之有效的采煤方案，在提高采煤效率、保障作业安全等方面发挥了重要作用。

4.关键技术及其应用分析

(1)断层预处理技术

断层预处理是快速过断层技术的关键所在。常用的断层预处理方法包括：

①钻孔注浆法。通过在断层附近区域钻孔并注入水泥浆液或其他加固剂，对断层及其周围地层进行加固，提高其力学强度和稳定性。

②预裂爆破法。利用爆破的方式，对断层进行预先开裂，减小断层面的不规则性，使其更加平整，有利于采煤机械的快速通过。

③地层预切割法。采用先进的切割设备，对断层附近的地层进行预先切割，缩短采煤机械穿越断层的距离，降低了穿越难度。

通过将上述预处理技术综合应用，可以有效改善断层周围地层的力学性能，为快速安全地通过断层创造有利条件。

(2)采煤工艺优化

为配合断层预处理，采煤工艺也需要进行相应的优化。主要包括：

①顶板控制技术。采用锚杆支护、液压支架等先进的支护装备，加强对采煤工作面顶板的管控，降低断层附近地层的破坏风险。

②智能化采煤装备。利用智能化的采煤机械，如遥控采煤机、自动化液压支架等，提高采煤效率，缩短穿越断层的时间。

③支护材料优化。开发具有高强度、耐冲击性能的新型支护材料，以应对断层附近高应力环境下的特殊支护需求。

通过上述工艺优化，不仅可以提高采煤机械的穿越能力，也能有效保障采煤作业人员的安全。

(3)监测预警技术

为确保快速过断层作业的安全进行，需要配备先进的监测预警技术，主要包括：

①应力监测。利用应力传感器实时监测断层附近地层的应力变化情况，为及时采取支护措施提供依据。

②水文监测。通过布设地下水位监测装置，监测断层活动引发的地下水涌入，为采取防治措施提供支持。

③预警系统。建立完善的监测预警系统，及时发现异常情况，自动触发应急响应程序，确保作业人员的生命安全。

通过上述监测预警手段，可以实现对断层附近地层动态变化的全面感知，为快速安全地通过断层提供有力保障。

(4)应急救援技术

即便经过充分的预处理与工艺优化，在快速过断层作业中也不可避免会出现各类应急情况，因此需要配备先进的应急救援技术，主要包括：

①应急救援装备。配备先进的应急救援设备，如应急通信系统、抢险装备等，以应对各类事故情况。

②应急救援预案。建立完善的应急救援预案，并定期进行演练训练，确保在事故发生时能够快速有序地展开救援行动。

③应急救援队伍。培养专业化的应急救援队伍，配备相关的专业知识和操作技能，提高应急救援的专业水平。

通过上述应急救援技术的支撑，可以最大限度减少断层事故造成的损失，保护采煤作业人员的生命安全。

5.工程实践与效果评估

快速过断层技术经过长期的研发与优化，已在多个煤矿工程中得到了广泛应用，取得了良好的实践效果。以下是几个典型案例：

(1)某特厚煤层矿井。该矿井在开采过程中遭遇多条断层，采用断层预处理、采煤工艺优化、监测预警等措施，实现了快速安全地通过断层，年产能提高了15%。

(2)某大型煤炭基地。该基地采用先进的断层预裂爆破技术，配合智能化采煤装备，将断层通过时间缩短了30%，显著提升了采煤效率。

(3)某特深煤矿。该矿井地质条件复杂，断层发育严重，采用完善的监测预警体系，及时发现并应对了多起断层事故，确保了安全生产。

通过对上述工程案例的分析，可以看出快速过断层技术在提高采煤效率、保障作业安全等方面发挥了重要作用，为煤矿企业创造了良好的经济效益和社会效益。

6.未来发展方向探讨

随着科学技术的不断进步，快速过断层技术也将朝着更加智能化、自动化的方向发展。未来的发展重点主要体现在以下几个方面：

(1)断层预处理技术的进一步优化。通过开发新型加固材料、优化注浆工艺等，进一步提高断层及其周边地层的稳定性。

(2)采煤装备的智能化升级。推动采煤机械的自动化控制和无人化操作，提高采煤效率和安全性。

(3)监测预警系统的智能化建设。利用大数据、人工智能等技术，构建更加智能化的监测预警系统，实现对断层动态变化的精准感知和预测。

(4)应急救援技术的创新发展。研发更加先进的应急救援装备，优化应急救援预案，提高应急响应能力。

(5)与其他前沿技术的融合创新。探索将快速过断层技术与矿山智能化、绿色开采等前沿技术相结合，实现技术的深度融合与创新发展。

总之，快速过断层技术是煤矿开采过程中的一项关键技术，其发展水平直接关系到煤矿企业的安全生产和经济效益。未来，这项技术将不断优化升级，为促进煤炭工业的可持续发展做出重要贡献。

参考文献：

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