采煤工作面断层处灾害机理及防治
摘要随着煤炭产量的日益提高，工作面的推进速度逐步加快，但断层威胁也日趋严重。断层处存在的顶板冒顶、突水、瓦斯突出三大矿下灾害，犹如三只老虎拦住了工作面的推进，同时也是三座大山压在了工人身上。本文初步系统分析了三大灾害的形成机制，提出了防治的有效措施。
关键词 断层 顶板冒顶 突水 瓦斯突出 防治
1 概述
最近几年，我国经济蓬勃发展，人民生活水平显著提高，对能源的需求也呈现出前所未有的迫切。据统计，我国2006年一次能源产量为22.1亿t标准煤，2007年产量为25.369亿t标准煤。其中煤炭占据主导地位，2006年产量突破23亿t，预计2010年突破25亿t，2020年突破30亿t，而煤炭市场仍然保持供不应求的局面。煤炭企业抓住大好时机，加产促产，工作面推进呈加速状态。
工作面的加速推进，使各种地质灾害的威胁相对加重。其中断层及其附带的顶板冒顶、突水、瓦斯突出尤为严重。它们或单一或综合发生，严重制约了井下工人的生命安全保证和矿井的正常生产。2006年，煤矿死亡率为2.81人/百万t；2007年煤矿死亡接近4000人。其中断层诱发的伤亡占据不小的比例。
针对断层及其危害的产生机理，采取有效的措施进行必要的控制和治理势在必行。工作面遇断层的顶板冒顶主要有压垮型、漏冒型和综合型冒顶三种，对其顶板状态参数与支护参数作科学分析，并进行合理的采场控顶设计（本文针对综采工作面，单体支柱工作面可作参考），冒顶事故是可以避免的；工作面突水主要是工作面遇断层而沟通了上下岩层水力的联系而造成的，对其进行提前监测和处理是关键；瓦斯突出主要是由于断层沟通了上下煤层的瓦斯流通，而当工作面将近揭露断层时，导致瓦斯三文受力不均，工作面侧煤层阻力不足以文持平衡致使瓦斯瞬间喷出造成的。对于以上三种危害，主动采取有效的措施，都是可以避免或把损失降到最低程度的。优,文-论~文^网http://www.youerw.com
部分断层是有益的，对水、瓦斯有控制作用，但针对有潜在危险的断层必须采取必要的措施。
2 工作面断层处冒顶机理及控制
在煤矿生产过程中，回采工作面遇有落差大于采高的走向断层，可以断层为界，将工作面分为上下二段，开掘中间联络巷进行回采。对于回采工作面遇有断层落差大于采高的斜断层，则要另掘开切眼，使其搬到新工作面再进行回采。
在平推硬过过程中，断层上盘或下盘受采动影响，失去“铰接”状态而呈现整体滑移。其压力不是直接作用在工作面前方煤体和采空区矸石上，而是给予支架比正常来压要剧烈的压力显现；断层往往附带破碎带，在采动影响下，其漏冒的危险性加大。因此，必须根据现场实际情况制定控制措施，提高安全系数。
2.1冒顶机理
1、断层处压垮型冒顶机理
断层的切割，使支架上部处于周期来压的顶板提前或迟缓性整体滑移下沉，致使支架工作阻力不能及时满足，造成压跨支架事故。示意图见图1。
（1）工作面正常推进，直接顶和老顶周期性垮落。此时前面已经存在断层，由于断层两盘间滑移，使老顶周期破断垮落推迟。
（2）工作面继续推进，逐渐接近断层，而支架前方的煤体脆性破裂，失去对顶板的支持力，使支架受力在短的时间内增大，压坏支架。
2、断层处漏冒型冒顶机理
该类型冒顶主要是当断层走向平行于工作面时较为突出。冒顶的条件：
①直接顶异常破碎；
②煤层倾角较大。
冒顶机理：
图1（a）工作面正常推进
图1（b）顶板滑移下沉，支架压坏
1）大面积漏垮型冒顶机理：主要是断层破碎带中的破碎顶板在大于其安息角的上面部分，受重力作用冒落，从而使支架失稳倾倒，又使该支架控制的其余破碎顶也冒落。这种情况主要发生在大倾角走向长壁采煤方法中。这种情况在综采工作面中不常见。
2）靠煤壁附近冒顶机理：由于断层破碎带的存在，在一些煤层的直接顶中，存在“人字劈”、“升斗劈”或其他形状的游离岩块。在采煤机落煤后，如果支护不及时，端面距过大，这类游离岩块可能突然冒落砸人，造成冒顶事故。如图2。
3、断层处综合类型冒顶机理
由于断层构造的存在，造成煤层直接顶中存在游离顶板及破碎带的大量破碎顶板。这些游离顶板由原来的三轴受力变为两向受力，甚至是单轴受力，从而整体失稳，受采动或周围岩体破裂影响而运动导致压垮组合漏冒的综合型冒顶。
图2 顶板中游离岩块漏冒
2.2控制措施
任何控制措施都需要现场技术工人具体地实施，需要充分发挥工人主动积极性，需要加强现场科学管理和问责制的监督。
1、为预防工作面断层处发生压垮型冒顶事故，应采取下列措施：
（1）采场支架的支撑力应能平衡最不利情况下垮落带直接顶及老顶岩层的重量。
（2）采场支架的初撑力应能保证直接顶与老顶之间不离层（专门试验表明，当支架初撑力足够大时，可令直接顶沿放顶线切断而不在煤壁处断裂，从而可保证直接顶与老顶之间不离层）。
（3）采场支架可缩量应能满足裂隙带老顶最大下沉的要求。1728