淺談工作面過斷層時(shí)形態(tài)控制方法

尹凱銘

【摘 要】綜采放頂煤工作面過斷層的速度和效益關(guān)鍵在于如何把握最佳的工作面形態(tài)。各礦也在總結(jié)綜采過斷層工作面形態(tài)控制原則，但都沒有形成經(jīng)驗(yàn)和理論。本文是在結(jié)合煤礦生產(chǎn)實(shí)踐基礎(chǔ)之上，針對(duì)綜采過斷層工作面形態(tài)控制原則問題進(jìn)行深入研究。

【關(guān)鍵詞】綜采；斷層；形態(tài)控制

0.概況綜述

工作面過斷層是開采過程中常遇到的問題，提高工作面過斷層的速度和效益的關(guān)鍵在于如何控制最佳的工作面形態(tài)。到目前為止，復(fù)雜地質(zhì)條件下各類綜采開采，依然是沒有妥善解決的重要課題，沒有可以借鑒的理論基礎(chǔ)和成型經(jīng)驗(yàn)。

1.現(xiàn)場應(yīng)用案例

煤礦主采層30#層煤，煤厚4～6.5m、落差2.5m以上斷層密度1條/75m，主要為褶曲的伴生構(gòu)造。本礦東八左四片工作面位于兩道大斷層中間，沿走向褶曲斷層連續(xù)伴生并賦存有其它災(zāi)害性地質(zhì)構(gòu)造；09年，使用18.3T的重型綜采裝備在13.2m落差的大斷層的塊段成功進(jìn)行了回采；10年，使用18.3T的重型綜采裝備在16#層?xùn)|二采區(qū)三片，在一個(gè)由63道斷層，其中落差3.0m以上斷層11道、和巨型底板隆起組成的走向158m，工作面全巖最大達(dá)到174m復(fù)雜斷層區(qū)，成功的進(jìn)行了回采，平均日進(jìn)度達(dá)到2.2m；其它工作面的情況與其類似，只是程度上略有輕重，在全國綜采史上也是罕見的復(fù)雜地質(zhì)條件礦井，下面僅以煤礦30#層、16#層為例，對(duì)以上問題進(jìn)行研究。

1.1東八左四片概況

東八左四片工作面位于東八采區(qū)中下部，上臨DF91斷層，落差3～6米，下臨DF41斷層，落差0～47米，兩個(gè)斷層間距138米，該工作面長118米，走向長1040米，沿走向整個(gè)工作面為兩道背斜、一道向斜構(gòu)造，上下巷共揭露落差1.5米以上斷層21道；兩巷為全巖狀況巷道4處，累計(jì)137米，半煤巖巷道3處，累計(jì)97米；經(jīng)實(shí)際揭露，工作面長期賦存2～3道上下巷均未揭露的隱性走向斷層，并賦存有底鼓、基底不平等其它災(zāi)害性地質(zhì)構(gòu)造。

1.2方案的選擇

初步研究采取以下三套方案過該地質(zhì)構(gòu)造。

（1）搬家、回撤、跳面通過該地質(zhì)構(gòu)造。（2）將工作面縮短35米后，沿走向推進(jìn)78米后，再將工作面恢復(fù)原長度，繞過該地質(zhì)構(gòu)造。（3）工作面直接通過該地質(zhì)構(gòu)造。

方案一：

優(yōu)點(diǎn)：1）施工技術(shù)可靠。2）頂板管理簡單。3）對(duì)綜采支架的損害小。4）煤質(zhì)好。

缺點(diǎn)：1）施工工期長，預(yù)計(jì)停產(chǎn)50天。2）儲(chǔ)量損失大，預(yù)計(jì)儲(chǔ)量損失4.6萬噸。

方案二：

優(yōu)點(diǎn)：1）地質(zhì)儲(chǔ)量損失較小，少回收1.85萬噸煤。2）頂板管理簡單。3）對(duì)綜采支架的損害小。4）煤質(zhì)好。

缺點(diǎn)：1）需補(bǔ)送的掘進(jìn)巷道長，預(yù)計(jì)110米。2）地質(zhì)條件不確定，該地壘構(gòu)造沿傾向侵入工作面長度不祥。3）施工復(fù)雜，施工工期較長，預(yù)計(jì)停產(chǎn)30 天。

方案三：

優(yōu)點(diǎn)：1）地質(zhì)儲(chǔ)量損失率為0。2）停產(chǎn)時(shí)間為0。3）無需補(bǔ)送掘進(jìn)施工巷道。

缺點(diǎn)：1）頂板管理困難。2）對(duì)支架損害大。3）沒有成熟的技術(shù)和施工組織方式。4）原煤含矸率高。5）地質(zhì)條件變化對(duì)施工的影響程度不確定。

經(jīng)濟(jì)指標(biāo)比較：

方案一：跳眼施工預(yù)計(jì)費(fèi)用支出50萬元，少回采4.6萬噸煤，估計(jì)減少收入460萬元。

方案二：縮面施工預(yù)計(jì)費(fèi)用支出25萬元，少回采1.85萬噸煤，估計(jì)減少收入185萬元。

方案三：直接通過增加施工費(fèi)用8.5萬元。

根據(jù)以上兩項(xiàng)比較可以看出方案三雖然在技術(shù)上可靠性差、地質(zhì)條件不確定因素多，但是儲(chǔ)量損失少、停產(chǎn)時(shí)間短、經(jīng)濟(jì)效益巨大，在我礦三量關(guān)系嚴(yán)重緊張、年度生產(chǎn)計(jì)劃壓力極大的情況下，我們研究決定：采取第三套方案即掏槽施工方案直接通過。

1.3工藝簡述及應(yīng)用措施

綜采工作面通過斷層施工的主要工藝為：

（1）風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)打眼、火工爆破落巖；（2）采煤機(jī)裝巖，輔助人工裝巖；（3）運(yùn)煤系統(tǒng)外運(yùn)巖石；（4）綜采支架支護(hù)頂板。

總的來說，綜采工作面在斷層施工區(qū)就是用炮采的落巖方式、綜采支護(hù)、裝巖、運(yùn)輸方式施工。

針對(duì)第三套方案的缺陷，我們采取了以下措施：

（1）工作面50號(hào)支架以上部分隨煤層產(chǎn)狀變化盡量向高抬起（以運(yùn)輸機(jī)形態(tài)允許為原則），以減少巖石鉆爆工作量。

（2）在工作面上巷鋪設(shè)4吋專用風(fēng)管一趟，以確保工作面三臺(tái)鑿巖機(jī)同時(shí)作業(yè)有足夠的風(fēng)量。

（3）鉆爆施工段嚴(yán)格執(zhí)行超前拉架，控制頂板。

（4）確保地面風(fēng)選系統(tǒng)在回采期間連續(xù)正常開車，將絕大部分矸石選出，確保煤質(zhì)。

2.斷層區(qū)域綜采工作面形態(tài)控制分析

綜采工作面在斷層區(qū)域進(jìn)行回采的速度和效果主要取決于以下四個(gè)方面因素：工作面全巖段長度和鉆爆施工的難易程度、頂板控制的復(fù)雜程度、工作面設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)空間和環(huán)境、工作面和上下兩巷的空間關(guān)系。以下我們將分別分析。

2.1工作面全巖段長度和鉆爆施工的難易程度

實(shí)際的絕大部分?jǐn)鄬邮┕^(qū)域中（不包括進(jìn)出斷層區(qū)的區(qū)域）工作面同時(shí)暴露斷層的上下兩盤和斷層層面，其伴生的褶曲形態(tài)也同時(shí)在工作面中暴露，并隨工作面推進(jìn)由工作面的一端逐漸向另一端移動(dòng)，直至移出工作面以外。這樣隨著工作面形態(tài)不同，工作面全巖段的長度也隨之不同。在綜合考慮其他工藝環(huán)節(jié)和裝備性能后，工作面有一個(gè)最佳曲線，并隨著斷層形態(tài)不同，該曲線的形狀也不同。

2.2頂板控制的復(fù)雜程度

為了迅速調(diào)整工作面形態(tài)，將工作面擬合到最佳曲線，主要通過工作面的里偽和外偽形態(tài)及角度。而工作面不論里偽還是外偽都必然影響到支架的形態(tài)。

如果支架工況較差則必然引發(fā)大規(guī)模冒頂，極大影響斷層區(qū)施工速度，所以工作面里外偽的角度控制必須考慮支架的工況問題。同時(shí)工作面為快速擬合到最佳曲線，則工作面的角度必然出現(xiàn)劇烈變化，我們?cè)囼?yàn)過將工作面角度調(diào)整到25°以上，工作面支架出現(xiàn)大面積傾倒，工作面頂板控制狀態(tài)極度惡化。工作面與斷層層面夾角過小，造成斷層層面在工作面暴露面積過大，頂板破碎難以控制，經(jīng)常造成大型惡性冒頂。所以在擬合最佳曲線時(shí)，必須優(yōu)先考慮支架工況和頂板控制問題。同時(shí)在允許的條件下盡量加大工作面和斷層層面間的夾角。

3.控制原則綜述

經(jīng)過以理論計(jì)算和機(jī)理分析以及大量的現(xiàn)場實(shí)際工藝現(xiàn)象的統(tǒng)計(jì)分析，我們得出了指導(dǎo)煤礦綜采工作面斷層區(qū)施工，工作面形態(tài)控制的10項(xiàng)原則，現(xiàn)綜述如下：

（1）工作面巖石量最低原則。

（2）基本上翻越局部穿越原則。

（3）破軟不破硬原則。

（4）工作面與斷層交角最大化原則。

（5）不降低采高原則。

（6）上巷保證最小行人空間原則。

（7）工作面凸凹角不超過設(shè)備使用極限原則。

（8）下巷保證設(shè)備合理搭接和最小過貨空間原則。

（9）俯仰角保證裝備最小通過空間原則。

（10）整體工藝性配合優(yōu)先考慮頂板控制的原則。

4.結(jié)論

以上理論分析和原則是在煤礦綜采工作面中的開采實(shí)踐中得出，尤其對(duì)復(fù)雜區(qū)域綜采工作面過斷層方案的選取及形態(tài)控制具有直接的借鑒意義，為相似條件下的其他礦井提供參考。 [科]