保護層綜采工作面過大斷層技術研究

嚴國群

(淮北礦業(yè)〈集團〉有限責任公司朱仙莊煤礦 安徽 宿州 234111)

1 概況

1.1 工作面概況

朱仙莊煤礦Ⅱ1034工作面位于礦井井田南部二水平Ⅱ3采區(qū)北翼二階段，為Ⅱ3采區(qū)北翼10煤層首采保護層開采工作面，該工作面走向長580m,煤層傾角平均為22°，煤厚平均2.4m，煤層結構簡單，偶有1～2層夾矸，個別夾矸較厚形成二個分層。該面為下保護層工作面，對應的被保護層工作面為Ⅱ832工作面，煤層平均層間距為78m。

1.2 工作面瓦斯地質概況

煤層硬度中等，f值在0.27～0.80之間。絕對瓦斯量8.06m3/min左右，煤塵爆炸指數(shù)為50.81%，具有爆炸危險性，煤層自然發(fā)火期為1-3個月。

1.3 工作面地質構造概況

工作面回采區(qū)域落差超過6m的斷層有3條，斷層產狀以傾向正斷層為主，其中在工作面中部距切眼210m和470m位置有兩條落差分別為12m和10m的正斷層，將煤層全部斷開，兩斷層走向上合計約有65m為全巖段。

1.4 過斷層方式

為減小斷層構造對工作面生產的影響，原工作面設計采取跳采方式過斷層，避開斷層重新開切眼。因為該面為綜采工作面，綜采支架的拆除與安裝，工作量大，加上另作切眼，前后需要2個多月時間，煤層很容易自燃發(fā)火，更主要的是考慮到該面作為區(qū)域瓦斯治理保護層面開采，為減少斷層附近應力集中及增大被保護層工作面保護范圍，保證8煤層的瓦斯治理效果，礦井在生產期間采取了強行推過斷層方案，事實證明該方案是安全的、可靠的。下面詳細介紹一下我們的具體做法。

2 過斷層措施

2.1 采煤工藝及管理

本工作面作為8煤層保護層工作面，采用綜采方式進行開采。10煤層頂板巖性均以砂巖為主，局部變?yōu)榈V質泥巖，礦巖硬度系數(shù)均在8～10之間，割煤機破巖參數(shù)最高允許值f=6。為保證工作面推進速度，且最大限度保護綜采設備，過斷層期間對于薄巖和軟巖段直接采用割煤機切割，堅硬巖石段采取爆破的方式進行松動破巖。為防止放炮飛石對支架的傷害（最多單茬炮在400余發(fā)），在爆破前采用廢舊皮帶機皮包裹立柱、木板金屬網(wǎng)防護墻等直接防崩措施，另外適當控制每組放炮數(shù)量和藥量，杜絕放大炮。通過措施的有效執(zhí)行，保證了工作面每天保持0.8米的推進度。

2.2 防突及瓦斯抽采管理

2.2.1 突出危險性預測

Ⅱ1034工作面雖處于10煤無突出危險區(qū)，但作為II3采區(qū)10煤首采面，煤層瓦斯含量大，受斷層構造影響，具突出可能性，在工作面回采期間主要采取區(qū)域驗證防突措施。針對工作面過斷層構造，加大了防突預測管理，在距斷層前20m開始由每25米一次區(qū)域驗證改為實行連續(xù)突出危險性預測直至工作面全巖。

采用鉆屑指標法進行連續(xù)突出危險性區(qū)域驗證。從機巷到風巷每隔15米布置1個預測鉆孔。鉆孔采用FIVS/L手持式氣動鉆機施工，鉆孔直徑42mm，孔深8～10米，同時檢測Δh2和最大鉆屑量兩項指標。若預測無突出危險，可以繼續(xù)回采，并留有2m水平保護距。若有突出危險性，必須采取相應的防突措施，并確定措施有效后，方準斷續(xù)回采。

2.2.2 排放鉆孔

1）見斷層前鉆孔布置

根據(jù)地質資料，工作面過斷層后機巷將提前見煤，因此為保證工作面過斷層后防突管理，提前在工作面機巷見煤點后超前15米位置施工排放鉆孔，其中1#鉆孔位置距離工作面2米，其余鉆孔間距3米，孔徑75mm，鉆孔方位垂直煤壁。具體見圖示1。

圖1 見斷層前鉆孔布置圖

2）見斷層期間排放鉆孔布置

在工作面推過斷層后，每循環(huán)從工作面機巷見煤處向上逐步在煤體內施工排放鉆孔，并再次進行突出危險預測。其中1#排放鉆孔距機巷5米位置施工，其余鉆孔按照間距3米布置，鉆孔孔徑75mm，鉆孔垂直煤壁施工，排放鉆孔數(shù)量隨工作面見煤長度依次增加，并且在最后一個鉆位另行增補3個斜角鉆孔以提高排放效果。排放鉆孔施工直至工作面全部推過斷層。具體見圖示2。

2.2.3 攔截鉆孔布置

工作面斷層為正斷層，為減少工作面過斷層期間被保護層卸壓瓦斯通過斷層裂隙涌入工作面，在工作面高位鉆場及煤軌巷提前于工作面斷層前后50米，施工上向攔截鉆孔，攔截預抽斷層區(qū)域8煤卸壓瓦斯。攔截鉆孔孔徑113mm，終孔施工至8煤底板10米位置，鉆孔終孔間距為30*30m布置。攔截鉆孔分別布置在工作面高位鉆場和煤軌巷內，其中每個高位鉆場內施工9個攔截鉆孔，共18個孔，煤軌巷鉆位按間距30m布置，每個鉆位布置鉆孔6個，共36個孔。根據(jù)工作面回采區(qū)域，攔截鉆孔在傾向上掩護區(qū)域為工作面風巷上部15m,機巷下部15米位置。見圖示3。

圖2 見斷層期間排放鉆孔布置圖

圖3 攔截鉆孔布置圖

2.2.4 上隅角埋管抽放

工作面在回采過程中，上隅角每間隔9米交替埋入8寸鐵皮管，并且在兩個管頭上加三通，抽放工作面上隅角瓦斯。上隅角埋管抽放如圖4所示。

圖4 上隅角埋管抽放示意圖

由于工作面過斷層期推進速度較慢，按照常規(guī)抽采老塘瓦斯，會帶來較大的發(fā)火隱患。因此，上隅角抽排采用間歇式抽排。即在生產班進行抽排，檢修班停抽（采煤為兩班生產、一班檢修）。另外抽排與束管監(jiān)測相結合，一旦束管檢測CO濃度升高，必須立即停止抽采，并加強上隅角的灌漿、注氮和三相泡沫等防火措施。待CO消除后，方準恢復抽排。

3 安全效果評價

在Ⅱ1034工作面過斷層期間，經(jīng)各項措施的有效執(zhí)行落實，保證了無瓦斯、自然發(fā)火及其它安全隱患，實現(xiàn)安全回采。其工作面在配備1000m3/min風量情況下，風排瓦斯保持在0.4%左右，上隅角瓦斯保持在0.5%以下，實現(xiàn)了無風障安全管理。預測△h2指標最大為110Pa，施工期間無煤炮、片幫及噴孔等瓦斯動力現(xiàn)象。

通過該方案的實施，礦在煤質灰分管理上及生產組織優(yōu)化方面壓力增大，但實現(xiàn)了保護層連續(xù)開采，被保護層8煤卸壓保護范圍得到保障，8煤卸壓抽采效果顯著，實現(xiàn)8煤解突目的。朱仙莊礦二水平區(qū)域防治煤與瓦斯突出奠定了強有力的基礎，為朱仙莊礦下保護層開采過斷層期間的瓦斯綜合治理摸索出一套較為成功的經(jīng)驗。