綜采工作面過大斷層延面開采

杜一文

綜采工作面過大斷層延面開采

杜一文

(龍煤股份公司鶴崗分公司峻德煤礦，黑龍江 鶴崗 154100)

介紹了峻德煤礦綜采三區(qū)采煤隊(duì)，針對(duì)采場(chǎng)地質(zhì)條件，采取可行的技術(shù)安全措施，穿層爬坡開采，順利通過落差6.5～12 m大斷層，取得了過大斷層和硬幫頂板管理經(jīng)驗(yàn)，提出了集中過斜交斷層，通過采用舊皮帶保護(hù)設(shè)備并加強(qiáng)設(shè)備檢修等安全質(zhì)量管理方法，為類似條件工作面過大斷層開采提供了借鑒。

斷層;穿層爬坡開采;支架保護(hù);防飛塊

龍煤股份公司鶴崗分公司峻德煤礦2009年5月正式組建綜三區(qū)。2010年7月初，按礦規(guī)劃開采二水北28層三四區(qū)二段，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜。雖然以往也開采過有斷層構(gòu)造影響的工作面，但由于f1斷層落差大、煤層薄，并且與機(jī)道成72°斜交，斷層落差是煤厚的2～3倍;隨著工作面開采，斷層不斷向上挪移，破巖范圍和頂板硬幫破碎帶不斷向風(fēng)巷上移，經(jīng)過周密分析，嚴(yán)細(xì)管理，通過采取有效技術(shù)措施成功地通過該大斷層。

1 工作面地質(zhì)概況

工作面范圍：上至風(fēng)巷－116.5～－73.03標(biāo)高、下至機(jī)道 －228.8～ －145.9標(biāo)高，南至切眼，北至設(shè)計(jì)停采線。屬于疏干區(qū)。同層上段為F7斷層，下部未開采。上覆27－1，下覆30層已開采。

2 工作面要素與地質(zhì)構(gòu)造

工作面內(nèi)煤層賦存穩(wěn)定，以亮煤為主，含少量暗煤，夾0.4～1.6 m的粉砂巖。上部夾矸由南向北逐漸變厚，下部有0.3 m、0.6 m厚的劣質(zhì)煤。產(chǎn)狀為80°～120°∠34°～ 22°/28°。煤層厚度 3.6 ～2.65/3.1 m，煤質(zhì)中硬，煤層賦存較穩(wěn)定。直接頂12.5 m，厚淺灰色，老頂12.5 m，淺灰色中粗砂巖，底板為22.5 m，淺灰色粉細(xì)砂巖。

工作面內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造較復(fù)雜，在掘進(jìn)施工時(shí)，風(fēng)巷、機(jī)道、切眼實(shí)見 F7、f1、f2、f3、f4 、f5 五條正斷層，其產(chǎn)狀見表1。

表1 正斷層產(chǎn)狀表

由表1可見，工作面在前部開采范圍內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造較復(fù)雜，回風(fēng)巷、機(jī)道均見有正斷層f1、f2，即f1、f2均斜穿過工作面。

3 采煤方法、頂板管理、支護(hù)方式

工作面采用走向長(zhǎng)壁單一層一次采全高全部垮落法，傾斜長(zhǎng)174～190/182 m，走向長(zhǎng)495 m。采用走向長(zhǎng)壁綜合機(jī)械化采煤法。工作面選擇MG300/730－QWD型雙滾筒采煤機(jī)截割落煤，采用SGZ－730/200型運(yùn)輸機(jī)運(yùn)煤。工作面支護(hù)采用ZY4000/14/32型掩護(hù)式液壓支架，工作面下端頭采用ZYG4000/14/32型過渡式液壓支架支護(hù);兩巷超前支護(hù)按“雙十”管理，回風(fēng)巷、機(jī)道“三、四”排單體π鋼順山棚支護(hù)。頂板管理方法為全部垮落法。

4 生產(chǎn)工藝

工作面采用端部留三角煤斜切進(jìn)刀方式，雙向割煤、雙向移溜，追機(jī)移溜，往返二刀。即采煤機(jī)下行割煤時(shí)，自上而下推移運(yùn)輸機(jī)，推移運(yùn)輸機(jī)后移架，自上而下分段移架，各分段內(nèi)按自下而上的順序移架。采煤機(jī)下滾筒與機(jī)道上幫割透后，沿彎曲段上行割煤插幫，下滾筒返至第20組支架以上正線后，停機(jī)停溜開始移工作面1～20組支架，移架完畢推移運(yùn)輸機(jī)頭。推頭完畢后，采機(jī)繼續(xù)上行割煤，每行走20組支架停機(jī)，自下而上推移運(yùn)輸機(jī)。直至采機(jī)與回風(fēng)巷割透后下行插幫返至正線。割煤時(shí)前方滾筒割頂煤，后方滾筒割底煤，采煤機(jī)滾筒截深0.8 m，循環(huán)進(jìn)度0.8 m。

5 過斷層技術(shù)措施

參照地測(cè)部門提供的地質(zhì)工程平面圖、兩巷實(shí)見斷層f1、f2產(chǎn)狀要素，畫傾斜剖面、走向剖面，分析工作面過斷層時(shí)，工作面傾斜穿層范圍、坡度、煤巖量和過斷層走向穿層坡度和所需距離。根據(jù)分析情況研究，采取有效的技術(shù)措施。

5.1 過f1正斷層

5.1.1 兩巷過斷層

由于斷層落差是煤層厚度的近2～3倍，煤層完全斷開，兩巷在斷層面附近受斷層影響，下盤部分巷道20 m，頂板高4～7.5 m，巷道超高處兩巷采取：1)機(jī)道提前進(jìn)行超前支護(hù)，在轉(zhuǎn)載機(jī)頭進(jìn)入高頂2 m后開始，提前剎頂使用π鋼單體一梁三柱按棚距0.8 m備棚，支護(hù)高度上幫3.0～3.3 m，將頂板剎實(shí)，確保支護(hù)牢固可靠。2)兩巷高頂原錨網(wǎng)索支護(hù)不予卸除。3)兩巷支護(hù)所使用的單體必須達(dá)到初撐力，并用雙道鐵線綁好牢固可靠的防倒繩。每班必須檢查一次，發(fā)現(xiàn)有卸載失效的單體，必須及時(shí)補(bǔ)備，確保支護(hù)牢固可靠。4)機(jī)道破斷層上盤巖石頂板部分：工作面切眼向外距斷層面42 m處，機(jī)道上幫破煤層頂板巖石，巷道較低，僅2～2.5 m，工作面下口按機(jī)道走向6.6°坡度破煤層頂板巖石。工作面頂板要高出機(jī)道頂板0.5～0.8 m，以便工作面下料和過斷層面時(shí)抓上盤頂板開采。5)工作面在風(fēng)巷下幫處，隨巷道破巖量，距f1斷層面50 m時(shí)，在傾斜5～20 m范圍內(nèi)，開始破工作面頂板，至35 m開始按14°坡度爬坡，至斷層面后，確保抓上盤頂板開采。工作面穿層通過風(fēng)巷處斷層上盤頂板時(shí)，上部運(yùn)輸機(jī)頭走向推進(jìn)坡度與風(fēng)巷坡度保持一致。

5.1.2 工作面過斷層

由于f1斷層與工作面呈斜交，落差與煤厚比值大。如果在斷層面處抓下盤頂板，走向影響范圍達(dá)到98 m。如果抓斷層上盤煤頂板，則需要破下盤底板巖石開采，可以減少走向40 m長(zhǎng)破巖范圍。在該范圍內(nèi)傾斜方向，除距機(jī)道10 m外不破巖石，從而減小傾斜破巖石量，并可以避開斷層面的牽引破碎彎曲帶，保證2010年8月完成生產(chǎn)任務(wù)。工作面下部見斷層后，隨斷層上移，盡可能在上盤煤層中開采。在工作面傾斜方向上，斷層面與下部抓上盤煤開采部分，保持一個(gè)穿層長(zhǎng)度。隨著向前開采，由于下部不能一下穿過斷層，破巖范圍不斷向上發(fā)展。工作面傾斜自上而下按2°～14°不等坡度挑頂留底，需要注意走向爬坡坡度不能過大，防止推不動(dòng)運(yùn)輸機(jī)、拉不動(dòng)支架和硬幫片幫威脅工作人員安全。過斷層破巖石部分，采用硬幫巖石爆破預(yù)裂，采機(jī)從上向下單向割煤、裝巖，防止大塊巖石卡住采機(jī)。預(yù)裂炮密打眼，少裝藥，采取正向裝藥使炮轟波向巖體內(nèi)傳播，并使用水炮泥和黏土炮泥封孔，堅(jiān)持“一炮四檢”和“三人聯(lián)鎖”放炮制，減少飛塊，防止引燃引爆瓦斯。

工作面過斷層走向爬坡時(shí)，斷層面附近處硬幫、頂板管理是過斷層的重點(diǎn)安全問題。因此，需要在加強(qiáng)工作面硬幫管理的前提下，采用降低采高、留底挑頂?shù)姆绞酵ㄟ^斷層。

5.1.3 過f2斷層及其它落差小于0.3 m的斷層

由于斷層落差小于支架最大采高，為維護(hù)工作面頂板，斷層面處采取抓下盤頂板，破上盤頂板，不留煤頂?shù)姆绞酵ㄟ^斷層。斷層面附近受應(yīng)力影響的破碎帶，嚴(yán)格控制采高：工作面調(diào)整穿層坡度時(shí)，要根據(jù)采高情況，高度較小處，先挑頂后留底，高度較大處要先留底再挑頂，每刀爬坡量控制在0.2 m以內(nèi)，確保支架、運(yùn)輸機(jī)、采機(jī)正常工作。

5.2 過斷層的安全管理

5.2.1 強(qiáng)化硬幫頂板管理

工作面過斷層期間支架要達(dá)到初撐力，以有效支護(hù)頂板，減輕斷層破碎帶和空巷圍巖松動(dòng)圈受開采應(yīng)力集中影響，進(jìn)一步破碎導(dǎo)致片幫冒頂。支架采高控制在2.3～2.6 m。為減少因移架對(duì)頂板造成二次破壞，防止移架時(shí)頂板因破碎抽冒，進(jìn)行移架操作時(shí)必須擦頂帶壓移架，嚴(yán)禁反復(fù)升降架。工作面過斷層和空巷破碎帶處，硬幫維護(hù)也十分重要，特別是局部高度接近最大采高處，更容易發(fā)生片幫冒頂現(xiàn)象，采機(jī)割煤、移架到位后要及時(shí)將支架護(hù)幫板打開并頂住硬幫，發(fā)現(xiàn)斷層破碎帶出現(xiàn)硬幫片幫超過0.3 m，伸縮梁支護(hù)暴露的頂板，硬幫片幫超過0.8 m則在硬幫用單體木梁給棚超前進(jìn)行人工支護(hù)頂板。

5.2.2 加強(qiáng)設(shè)備保護(hù)維修，確保開采進(jìn)度

由于工作面過斷層破巖石，為保護(hù)采機(jī)采用爆破落巖，需要防止爆破時(shí)崩壞設(shè)備，保護(hù)支架運(yùn)輸機(jī)及其電纜、液壓管等。放炮前必須用廢舊皮帶將爆破點(diǎn)及其上下各10 m范圍內(nèi)的電纜、風(fēng)水管路及液壓支架立柱、操縱閥等設(shè)備遮擋嚴(yán)密，防止被放炮崩壞。

采用廢舊皮帶包住支架的大立柱光面，貼頂梁綁舊皮帶保護(hù)上面的液壓管和液壓鎖閥不被崩壞，為防止爆破時(shí)巖石碎塊崩到立柱后，每4組支架立柱前加設(shè)1塊寬1 m、長(zhǎng)10 m舊皮帶，擋住電纜架以上到頂梁的高度范圍。

在工作面傾斜方向上，每10組支架上1片擋矸網(wǎng)，從硬幫擋到軟幫，阻擋飛塊。

加強(qiáng)對(duì)工作面采機(jī)、運(yùn)輸機(jī)、支架等的檢修，保證工作面供液供電和機(jī)械處于良好的工作狀態(tài)，加強(qiáng)質(zhì)量管理，合理安排工序，減少機(jī)電故障。

5.2.3 注意特殊因素對(duì)工作面過斷層的影響

1)傾斜坡度。隨工作面向前開采，坡度不斷增大，支架重心會(huì)處于底腳支撐面以外，使移架時(shí)操作難度進(jìn)一步增大，如此時(shí)頂板破碎冒落，很容易因空頂導(dǎo)致支架失去平衡，向下方翻轉(zhuǎn)，出現(xiàn)咬架倒架事故;而工作面在仰采情況下，硬幫容易發(fā)生片幫冒頂，使工作面過斷層頂板控制發(fā)生困難。必須做好支架的防倒及硬幫防止片幫工作。2)斷層裂隙帶瓦斯。由于斷層帶巖體破碎、裂隙發(fā)育，容易積存瓦斯，造成落煤時(shí)，明火引燃引爆瓦斯事故，因此必須在工作面過斷層前，制定完善防制瓦斯安全技術(shù)措施，采機(jī)安裝使用機(jī)載瓦斯監(jiān)測(cè)斷電儀，保障落煤安全。3)設(shè)備的能力選擇。對(duì)于地質(zhì)條件復(fù)雜、斷層發(fā)育落差大破巖石多的工作面，工作面、機(jī)道運(yùn)輸機(jī)要選擇足夠的功率，適應(yīng)運(yùn)輸矸石滑動(dòng)摩擦阻力大導(dǎo)致負(fù)荷大的特點(diǎn);采機(jī)要考慮破巖石負(fù)荷大的情況;支架要考慮因頂板破碎能夠?qū)敯逵行еёo(hù)。因此工作面過斷層，綜采設(shè)備都要選擇較寬范圍的工作阻力適應(yīng)性。

6 結(jié)束語

6.1 經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

綜三區(qū)通過f1大斷層的開采實(shí)踐，采取過大斷層行之有效的方法，保證支架支護(hù)有效，加強(qiáng)硬幫頂板管理，不要人為超高落煤(巖)，防止硬幫片幫，及時(shí)移架支護(hù)頂板，加強(qiáng)運(yùn)輸機(jī)的平直、硬幫打眼裝藥爆破作業(yè)的安全管理，防飛塊管理、支架保護(hù)，工作面走向爬坡坡度、采機(jī)選擇抗磨截齒等?？紤]到影響過斷層施工的所有因素，采取合理的方案，以較小的工作量和良好的質(zhì)量，安全通過斷層，保證經(jīng)濟(jì)效益。

6.2 經(jīng)濟(jì)效益

綜三區(qū)采煤隊(duì)，通過分析工作面大斷層地質(zhì)、設(shè)備條件等因素，細(xì)致施工，在2010年8月20日—10月20日期間，克服困難，成功通過f1大斷層。節(jié)省了重送切眼的工程量，且減少了一次工作面安裝和一次撤出。多回收了斷層以北116×176×3×1.4/cos26.2°=95 566 t原煤，達(dá)到了資源在現(xiàn)有條件下的最大程度回收，為今后類似條件的工作面開采提供了借鑒。

Extended the Face Mining of Crossing Large Fault in Fully Mechanized Working Face

Du Yi－wen

Introduces the mining team of fully mechanized third area in Junde coal mine，according to the geological conditions，adopts feasible technical safety measures，crossing layer climbing mining，successfully pass the large fault of difference of level of 6.5 ～12 m，achieves the experiences of passing the large fault and hard side roof management，puts forward the safety and quality management methods that concentratedly pass oblique fault，by using the old belt protect equipments and enhance equipment maintenance and so on，for the similar working face passing the large fault mining provides a reference.

Fault;Crossing layer climbing mining;Support protection;Prevent flying block

TD823.97

B

1672－0652(2011)12－0024－03

2011－11－25

杜一文(1984—)，男，黑龍江鶴崗人，2007年畢業(yè)于黑龍江科技學(xué)院，助理工程師，主要從事煤與瓦斯突出研究工作(E －mail)duyiwen1984@163.com