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[摘 要]在当前井下采煤过程中，常常会采取一些预掘巷过断层方法以及矸石井下处理技术。其中，清洁开采技术作为一种新型的井下处理技术，由于其自身具备的诸多优点，深受煤矿开采企业的喜爱，并取得了十分广泛的应用。而这种开采技术在实践应用过程中，不仅能够开采出高质量的煤炭资源，同时还可以通过采取相关有效的措施手段，大大降低了对周围生态环境的污染破坏。对此，笔者结合自身多年实践工作经验，具体针对预掘巷过断层及其矸石井下处理技术进行了研究讨论，并得出以下相关结论，以供参考交流。
[关键词]预掘巷 过断层 矸石 清洁 处理技术
中图分类号：V243.1；TN972 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）10-0196-01
近些年来，伴随着我国科学技术的迅速发展，越来越多新型的高新技术不断涌现出来，我国井下开采技术水平也得到了明显的提升，很多企业开始将一些先进的科学技术应用于煤炭开采作业中，以此来提高劳动效率。但是，对于井下开采作业来说，在实际开采过程中，常常会产生大量的废弃物，这就会对周围环境产生较大的污染，再加之一些断层复杂的地质条件，也会是煤炭开采质量受到一定的影响。为此，本文重点对预掘巷过断层及其矸石井下处理技术进行了深入的探究分析，并总结出了一些自己的看法。
一、断层预掘巷技术应用条件
1.关键层“砌体梁”结构的存在
通常情况下，如果工作面邻近于断层预掘巷时，其关键层很可能会在开采过程中，发生断裂，并在断裂之后，其中的关键块体将会回转，与周围块体A部分和C部分形成了相对完整的砌体梁结构形式，这样就充分保证了预掘巷顶板的稳定性，而这一点也正是预掘巷顶板有效实施的必要条件，具体如图1所示。
2.断层落差范围
根据某镇矿实际条件和经验，在处理断层时，一般巷道宽度L不超过6m，巷道起坡或下坡时，起坡角≤20°，则最大断层落差H=L×sin 20°= 6×sin 20°= 2. 05m。
设煤层平均厚度为m，工作面最大采高为m1，最小采高为m2.回采时工作面向断层另一盘抬高（或降低），同时工作面采高由m1，降为m2，.则过断层时允许的最大落差为：H=LsinT+m-m2.显然，煤层厚度与最小采高的差值越大，断层适用范围越大。
按某镇煤矿高档普采面最小采高m2为1. 4m左右（采高为2～2. 4m时）计，则H= 0. 65+m；因此当实际的断层落差大于H时，必须采用另开切眼进行工作面搬家的方式通过断层；当实际的断层落差不大于H时，可采用断层预掘巷的方式快速通过断层。
二、断层预掘巷锚网支护
1.3206E工作面概况
某镇矿3206E工作面标高为-243. 7～-282. 1m，埋深平均400m.煤层厚度为1. 8～2.4m，平均2. 1m，煤层倾角1～11°，平均8°；直接顶为粉砂岩，平均厚3m，属2类顶板；基本顶为中细砂岩，平均厚20m，属Ⅱ级顶板；直接底为泥岩，平均厚0. 5m，老底为中细砂岩，平均厚12 m.工作面走向长度为723 m，倾斜长148～152 m，平均150m；煤层较稳定.该工作面准备时，揭露1. 0m以上的断层共有17条，对工作面的影响比较大。
2.断层预掘巷的矿压特点
根据3206E工作面矿压实测数据的分析，工作面平巷超前支承压力分布如图2所示。
通过图2所示，我们可以具体将断层预掘巷矿压特点归纳为以下几个方面：第一，工作面前方移动支撑压力稳定的影响范围在40m，一旦断层预掘巷超出影响范围时，若是不会对巷道压力造成较大的影响，我们可以切实根据得到的监测结果，对其采取锚网支护措施。第二，如果断层预掘巷处于工作面压力影响范围内时，巷道周围岩石压力也会随之加大，直到峰值停止，此时应力集中系数为1.6。那么，基于这种情况下，设计人员在对支护参数进行设计时，应该重点考虑锚索加固支护方法。第三，在工作面靠近透断层时，工作面的关键曾将会产生断裂，其产生的回转作用力将会直接用于断层预掘巷上，由于断层预掘巷一侧的煤炭已经被开采掉，使得断面形成发生改变，这时开采人员就要及时采取加固支护方法，以此来防止围岩发生更加严重的变形和垮落。
3.断层预掘巷支护方案与支护参数确定
根据关键层岩层控制理论， 20 m厚的中细砂岩老顶为关键层，可形成能自稳的“砌体梁”结构，故工作面可采用断层预掘巷技术通过落差不大于2. 75m的断层.为确定出预掘巷合理的支护方案与支护参数，采用UDEC3. 0专用商业软件数值计算.
1）数值计算模型
计算模型几何尺寸：水平/垂直= 91. 5m /41.6m，其中断层面宽为1. 5m，断层落差为1. 5m.模型边界条件：模型的左右及下部边界为位移边界，左右边界限制x方向的位移；下部边界限制y方向的位移.模型的上部边界为应力边界，所加垂直应力q=Vh= 2. 5×400/100= 10. 0MPa.巷道围岩本构关系采用摩尔-库仑模型。
2）数值计算方案
提出3种支护方案进行数值计算.方案1：顶锚杆采用直径22mm长2 m的高强螺纹钢锚杆，屈服强度650MPa，极限强度900MPa，屈服载荷247 kN，极限载荷342 kN，延伸率17%，全长锚固；帮锚杆采用直径18mm长2m的玻璃钢锚杆，加长锚固；锚索采用小孔径预应力锚。
方案2和方案3与方案1相比，只是顶板锚杆间距不同，其它支护参数与锚杆（索）的布置都相同.顶锚杆、帮锚杆、锚索同方案1.方案2的顶锚杆间距800 mm，最外面的两根锚杆距角点250mm。方案3的顶锚杆间距600mm，最外面的两根锚杆距角点150mm。
由3个方案的数值计算结果分析可知，工作面距预掘巷距离与巷道顶板最大下沉量的关系，；工作面距预掘巷距离与靠工作面侧巷帮最大水平位移的关系。.，随着工作面推进至22m左右，回采巷道塑性流变阶段结束，进入工作面超前支撑压力影响阶段.当顶锚杆间距为800mm时，顶板最大下沉量为605mm。
三、矸石与煤的置换方式
1.断层预掘巷矸石处理
预掘巷过断层方法最大的施工优势就是能够及时将断层中的干式进行掘出，这样就大大降低了工作面在过断层过程中，煤炭含有的矸率，不仅有效加快了工作面过断层的推进效率，同时也充分保障了煤炭开采质量。但是，如果掘出的矸石在工作面上平巷运出，势必会造成大量人力、物力的投入。并且，在将矸石运至地面时，又会占用了较的岗地面积，近而加大了环境的污染程度。所以，煤炭开采企业在将矸石掘出之后，应该集中封装在编制袋中，将由专人负责统一处理。
2.矸石与煤的置换方式
1）预掘贮矸硐室
在工作运输平巷下帮煤壁里，每隔5m沿底掘宽为3～5m，高为2m的硐室.其中考虑到下区段沿空掘巷所留窄煤柱的宽度为3～5 m左右，故所掘贮矸硐室的深度一般以2. 0 m左右为宜.掘贮矸硐室所出煤，用平巷胶带输送机运出。
2）贮矸硐室的充填
所掘貯矸硐室刷宽至合理宽度与深度后，将浮煤清理干净.将用编织袋封装的矸石由内向外垒砌在贮矸空间.袋与袋之间要有不少于40mm的压茬，接顶要实.
四、结束语
通过上文叙述，我们可以得知，在断层中的关键层砌体梁结构存在着一定的落差，需要采取相关的预掘巷过断层及其矸石井下处理技术。并且，大量实践理论已经表明，在井下开采过程中，通过采用采用锚网带索联合支护方法，能够充分保证预掘巷破碎顶板的可靠性，促使工作面安全穿过断层，不仅大大提高了煤炭开率效率与质量，同时也减少了矸石的地面排放量，有利于推动我国煤炭开采业的长远发展。
参考文献
[1] 吴宇.浅谈7541综放工作面过断层技术[J].能源技术与管理.2012（06）.
[2] 宋延力，魏巍. 回采工作面过断层的处理方法[J].山东煤炭科技. 2005（04）.
[3] 吕伦宝.综采面过断层开采技术研究与探讨[J].山东煤炭科技. 2006（05）.
[关键词]预掘巷 过断层 矸石 清洁 处理技术
中图分类号：V243.1；TN972 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）10-0196-01
近些年来，伴随着我国科学技术的迅速发展，越来越多新型的高新技术不断涌现出来，我国井下开采技术水平也得到了明显的提升，很多企业开始将一些先进的科学技术应用于煤炭开采作业中，以此来提高劳动效率。但是，对于井下开采作业来说，在实际开采过程中，常常会产生大量的废弃物，这就会对周围环境产生较大的污染，再加之一些断层复杂的地质条件，也会是煤炭开采质量受到一定的影响。为此，本文重点对预掘巷过断层及其矸石井下处理技术进行了深入的探究分析，并总结出了一些自己的看法。
一、断层预掘巷技术应用条件
1.关键层“砌体梁”结构的存在
通常情况下，如果工作面邻近于断层预掘巷时，其关键层很可能会在开采过程中，发生断裂，并在断裂之后，其中的关键块体将会回转，与周围块体A部分和C部分形成了相对完整的砌体梁结构形式，这样就充分保证了预掘巷顶板的稳定性，而这一点也正是预掘巷顶板有效实施的必要条件，具体如图1所示。
2.断层落差范围
根据某镇矿实际条件和经验，在处理断层时，一般巷道宽度L不超过6m，巷道起坡或下坡时，起坡角≤20°，则最大断层落差H=L×sin 20°= 6×sin 20°= 2. 05m。
设煤层平均厚度为m，工作面最大采高为m1，最小采高为m2.回采时工作面向断层另一盘抬高（或降低），同时工作面采高由m1，降为m2，.则过断层时允许的最大落差为：H=LsinT+m-m2.显然，煤层厚度与最小采高的差值越大，断层适用范围越大。
按某镇煤矿高档普采面最小采高m2为1. 4m左右（采高为2～2. 4m时）计，则H= 0. 65+m；因此当实际的断层落差大于H时，必须采用另开切眼进行工作面搬家的方式通过断层；当实际的断层落差不大于H时，可采用断层预掘巷的方式快速通过断层。
二、断层预掘巷锚网支护
1.3206E工作面概况
某镇矿3206E工作面标高为-243. 7～-282. 1m，埋深平均400m.煤层厚度为1. 8～2.4m，平均2. 1m，煤层倾角1～11°，平均8°；直接顶为粉砂岩，平均厚3m，属2类顶板；基本顶为中细砂岩，平均厚20m，属Ⅱ级顶板；直接底为泥岩，平均厚0. 5m，老底为中细砂岩，平均厚12 m.工作面走向长度为723 m，倾斜长148～152 m，平均150m；煤层较稳定.该工作面准备时，揭露1. 0m以上的断层共有17条，对工作面的影响比较大。
2.断层预掘巷的矿压特点
根据3206E工作面矿压实测数据的分析，工作面平巷超前支承压力分布如图2所示。
通过图2所示，我们可以具体将断层预掘巷矿压特点归纳为以下几个方面：第一，工作面前方移动支撑压力稳定的影响范围在40m，一旦断层预掘巷超出影响范围时，若是不会对巷道压力造成较大的影响，我们可以切实根据得到的监测结果，对其采取锚网支护措施。第二，如果断层预掘巷处于工作面压力影响范围内时，巷道周围岩石压力也会随之加大，直到峰值停止，此时应力集中系数为1.6。那么，基于这种情况下，设计人员在对支护参数进行设计时，应该重点考虑锚索加固支护方法。第三，在工作面靠近透断层时，工作面的关键曾将会产生断裂，其产生的回转作用力将会直接用于断层预掘巷上，由于断层预掘巷一侧的煤炭已经被开采掉，使得断面形成发生改变，这时开采人员就要及时采取加固支护方法，以此来防止围岩发生更加严重的变形和垮落。
3.断层预掘巷支护方案与支护参数确定
根据关键层岩层控制理论， 20 m厚的中细砂岩老顶为关键层，可形成能自稳的“砌体梁”结构，故工作面可采用断层预掘巷技术通过落差不大于2. 75m的断层.为确定出预掘巷合理的支护方案与支护参数，采用UDEC3. 0专用商业软件数值计算.
1）数值计算模型
计算模型几何尺寸：水平/垂直= 91. 5m /41.6m，其中断层面宽为1. 5m，断层落差为1. 5m.模型边界条件：模型的左右及下部边界为位移边界，左右边界限制x方向的位移；下部边界限制y方向的位移.模型的上部边界为应力边界，所加垂直应力q=Vh= 2. 5×400/100= 10. 0MPa.巷道围岩本构关系采用摩尔-库仑模型。
2）数值计算方案
提出3种支护方案进行数值计算.方案1：顶锚杆采用直径22mm长2 m的高强螺纹钢锚杆，屈服强度650MPa，极限强度900MPa，屈服载荷247 kN，极限载荷342 kN，延伸率17%，全长锚固；帮锚杆采用直径18mm长2m的玻璃钢锚杆，加长锚固；锚索采用小孔径预应力锚。
方案2和方案3与方案1相比，只是顶板锚杆间距不同，其它支护参数与锚杆（索）的布置都相同.顶锚杆、帮锚杆、锚索同方案1.方案2的顶锚杆间距800 mm，最外面的两根锚杆距角点250mm。方案3的顶锚杆间距600mm，最外面的两根锚杆距角点150mm。
由3个方案的数值计算结果分析可知，工作面距预掘巷距离与巷道顶板最大下沉量的关系，；工作面距预掘巷距离与靠工作面侧巷帮最大水平位移的关系。.，随着工作面推进至22m左右，回采巷道塑性流变阶段结束，进入工作面超前支撑压力影响阶段.当顶锚杆间距为800mm时，顶板最大下沉量为605mm。
三、矸石与煤的置换方式
1.断层预掘巷矸石处理
预掘巷过断层方法最大的施工优势就是能够及时将断层中的干式进行掘出，这样就大大降低了工作面在过断层过程中，煤炭含有的矸率，不仅有效加快了工作面过断层的推进效率，同时也充分保障了煤炭开采质量。但是，如果掘出的矸石在工作面上平巷运出，势必会造成大量人力、物力的投入。并且，在将矸石运至地面时，又会占用了较的岗地面积，近而加大了环境的污染程度。所以，煤炭开采企业在将矸石掘出之后，应该集中封装在编制袋中，将由专人负责统一处理。
2.矸石与煤的置换方式
1）预掘贮矸硐室
在工作运输平巷下帮煤壁里，每隔5m沿底掘宽为3～5m，高为2m的硐室.其中考虑到下区段沿空掘巷所留窄煤柱的宽度为3～5 m左右，故所掘贮矸硐室的深度一般以2. 0 m左右为宜.掘贮矸硐室所出煤，用平巷胶带输送机运出。
2）贮矸硐室的充填
所掘貯矸硐室刷宽至合理宽度与深度后，将浮煤清理干净.将用编织袋封装的矸石由内向外垒砌在贮矸空间.袋与袋之间要有不少于40mm的压茬，接顶要实.
四、结束语
通过上文叙述，我们可以得知，在断层中的关键层砌体梁结构存在着一定的落差，需要采取相关的预掘巷过断层及其矸石井下处理技术。并且，大量实践理论已经表明，在井下开采过程中，通过采用采用锚网带索联合支护方法，能够充分保证预掘巷破碎顶板的可靠性，促使工作面安全穿过断层，不仅大大提高了煤炭开率效率与质量，同时也减少了矸石的地面排放量，有利于推动我国煤炭开采业的长远发展。
参考文献
[1] 吴宇.浅谈7541综放工作面过断层技术[J].能源技术与管理.2012（06）.
[2] 宋延力，魏巍. 回采工作面过断层的处理方法[J].山东煤炭科技. 2005（04）.
[3] 吕伦宝.综采面过断层开采技术研究与探讨[J].山东煤炭科技. 2006（05）.