采煤機過地質(zhì)構(gòu)造技術(shù)探討

徐清

摘要：

通過采煤機過地質(zhì)構(gòu)造斷層帶，及對回采影響范圍的分析，結(jié)合以往過斷層的經(jīng)驗，通過對改造成本、單產(chǎn)及安全等因素進行比較，最終確定了提前深孔預裂爆破斷層堅硬巖石，從而保證綜采放頂煤工作面安全、快速通過地質(zhì)構(gòu)造的技術(shù)方案，實現(xiàn)綜放工作面過斷層安全回采。

關(guān)鍵詞：

采煤機；過斷層；技術(shù)探討

中圖分類號：

TB

文獻標識碼：A

文章編號：1672-3198（2014）01-0192-02

1 礦井概況

遼源市大水缸煤礦有限責任公司位于遼源礦區(qū)西北部，位于遼源市315°方位，直距25km。行政區(qū)屬遼源市東遼縣云頂鎮(zhèn)，設(shè)計生產(chǎn)能力30萬t/a，主要環(huán)節(jié)能力按45萬t/a設(shè)計。

井田位于長白山的西北部余脈、吉林哈達嶺斷裂帶邊緣。上侏羅系金州崗組是大水缸井田主要含煤地層。大水缸井田位于遼源煤田西北翼，呈不對稱向斜構(gòu)造，向斜軸呈反“S”，向斜軸大致走向NE-SW。區(qū)內(nèi)主要的可采煤層由上至下編號為1#、2#、3#，層位較穩(wěn)定，3#煤層底板凝灰?guī)r普遍發(fā)育，有規(guī)律可循，為本區(qū)標準層，煤層屬較穩(wěn)定類型。

綜采1012工作面布置在東翼采區(qū)3#煤層中，3#平均厚度7.68m。煤層直接頂巖性為粉砂質(zhì)泥巖、底板巖性為凝灰?guī)r。東翼采區(qū)地層走向NE-SW，傾向ES，傾角10～24°，東西長1.18km，南北寬0.64km。

2 1012工作面地質(zhì)構(gòu)造情況

遼源市大水缸煤礦有限責任公司1012綜采放頂煤工作面，掘進回采巷道過程中，在上、下順槽共揭露8個斷層點，斷層性質(zhì)均為正斷層，地質(zhì)構(gòu)造較發(fā)育，對工作面正常開采影響較大。工作面內(nèi)F1斷層落差H=1.2-2.3m、F3斷層落差H=0.6-3.2m、F4斷層落差H=1.8-4.2m、F6斷層產(chǎn)狀68°∠38°落差H=1.6-3.0m，為斷層群。1012工作面于2010年8月首次進刀，從1012開切眼推進到150m時，回風順槽遇到F6斷層。工作面采煤機一次切割煤層厚度2.8m，放頂煤厚度4.88m，斷層平面位置見圖1。

3 回采工作面過地質(zhì)構(gòu)造技術(shù)方案確定

3.1 首次確定回采工作面過F6方案

詳細總結(jié)大水缸煤礦建礦以來過斷層經(jīng)驗、教訓及通過改造成本、安全及不改造影響產(chǎn)量等諸多因素進行對比，研究、分析1012工作面所遇斷層性質(zhì)和落差、空間展布等，經(jīng)公司工程技術(shù)人員反復探討和論證，最終公司領(lǐng)導確定：為保證采煤機安全通過F6斷層，選擇超前深孔預裂爆破斷層堅硬巖石方案。

3.2 超前深孔爆破預裂技術(shù)方案確定

為降低或減少對采煤機因切割堅硬巖石對切割頭的損壞，延長截齒的使用壽命，回采工作面推進至F6斷層前，在下順槽F6下盤、3#煤層底板巖石中，超前施工預裂爆破巷道，利用預裂爆破巷道，施工∮≥50mm預裂爆破鉆孔、裝藥，實施對堅硬巖石預裂爆破，從而解決采煤機遇斷層推進速度慢、工作面爆破對采煤設(shè)備和支護設(shè)備及人員的安全問題。

（1）超前預裂巷道布置。

在1012工作面下順槽F6斷層下盤斷層面7.5m處、平行斷層走向，施工一條主要超前預裂爆破巷道，與上順槽貫通。在該預裂爆破巷道外23m（巷道中心）、平行其施工第二條預裂爆破巷道，與上順槽貫通。在兩條主要預裂爆破巷道之間用輔助小穿聯(lián)系，輔助小穿平行于上下順槽，小穿間距9.0m（巷道中心），相互平行。預裂爆破炮眼布置在輔助小穿的巖柱內(nèi)和主要預裂爆破巷道以外的巖石中。

（2）預裂爆破巷道設(shè)計。

結(jié)合煤層、斷層的空間展布，確定預裂爆破巷道底板與采煤機過斷層行走的底座相平為原則。第一條主要預裂爆破巷道坡度為+10°、長度125m。第二條主要預裂爆破巷道坡度為+10°、長度125m。輔助小穿長度相同，每條長度約20m。采用矩形斷面掘進，寬3.0m、高2.8m，掘進面積8.4m2。

根據(jù)預裂爆破巷道承載能力、煤層和巖石的物理性質(zhì)，最終確定輔助小穿巖、煤柱為6.0×6.0㎡左右。充分分析采煤機切割金屬錨桿時，火花產(chǎn)生和截齒損壞等實際情況，巷道兩幫采用玻璃鋼錨桿支護。主要預裂爆破巷道和輔助小穿頂板支護采用錨桿、錨網(wǎng)與錨索聯(lián)合支護方式，錨桿間排距均為1.0m，頂板采用鋼筋網(wǎng)，兩幫采用10#鐵線、菱形網(wǎng)支護。錨桿∮=18mm，L=2.2m。

（3）施工工藝。

在F6斷層面下盤7.5m和30.5m處，標定拉門中心，布置兩個掘進隊，施工主要預裂爆破巷道。之后輔助小穿按巷道中心9.0m間距，由下往上順序施工。放炮期間必須通知另一隊組，共同撤至安全地點。為避免采煤工作面超前來壓，造成頂板下沉、巷道斷面變形，影響采煤機正常通過，在主要預裂爆破巷道和輔助小穿施工完畢后，巷道中間采用戴帽點柱支護方式，對巷道頂板加強支護，點柱間距2.0m。

（4）采用深孔預裂爆破辦法。

主要和輔助預裂爆破巷道加強支護后，用煤礦探水鉆機向巖柱施工大口徑預裂爆破鉆孔，裝藥，進行預裂爆破，預裂松動巖柱巖體，確保采煤機順利切割、減少截齒損傷，同時保證煤巖柱的支撐強度。

①鉆孔參數(shù)確定。

預裂爆破鉆孔在輔助小穿施工，距離巷道底板1.0m、與巷道底板和輔助小穿平行，鉆孔深度10m、鉆孔間距3.0m、鉆孔直徑50mm。藥包重量1.0kg、規(guī)格300mm×60mm、乳化炸藥，炸藥裝至距孔口6.0m時開始封炮泥，封泥長度≥3.0m。每次爆破≤2個鉆孔。

②預裂爆破安全技術(shù)措施。

A.裝藥方式確定。

預裂爆破鉆孔先裝2包墊藥、再裝1包、再裝2包墊藥、1包引藥……距離鉆孔口6.0m處停止裝藥。藥包間緊密接觸，采用串聯(lián)聯(lián)炮方式。

B.放炮時間確定。

利用當班工作人員離開工作面下班后、下一班工作人員上班前的交接班時間，對斷層進行預裂爆破。

C.安全技術(shù)措施。

在所有通向放炮地點的所有通路、安全距離以外設(shè)置好警戒人員、采煤工作面所有電器設(shè)備必須切斷電源、有害氣體不超標后，方可爆破。必須實行三人“聯(lián)鎖放炮制”、“一炮三檢制”、警戒人員執(zhí)行“接送制”。裝藥的預裂爆破鉆孔全部起爆結(jié)束后，接回警戒人員，檢查有害氣體不超標方可恢復設(shè)備供電。

4 采用預裂爆破過斷層效果檢驗

1012工作面回風順槽2010年4月9日推進至F6斷層面，同年5月1日工作面通過F6斷層結(jié)束，通過現(xiàn)場跟蹤，實測數(shù)據(jù)如下。

4.1 采煤機切割速度與預裂爆破前對比

1012工作面采煤機通過預裂爆破切割巖石時，平均速度與切割煤層速度1.8m/min基本相同，現(xiàn)在平均推進3.2m/日，而采用預裂爆破前，采煤機過斷層平均推進1.5m/日相比，現(xiàn)在推進速度快了1倍多。

4.2 日生產(chǎn)能力對比

過去采煤機過斷層時，平均日產(chǎn)約300t?，F(xiàn)在實行預裂爆破平均日產(chǎn)約700t。

4.3 采煤設(shè)備故障率對比

采用預裂爆破前，采煤機過斷層時，每日更換截齒約30個，機械故障頻繁發(fā)生。采用預裂爆破后，每日更換截齒8個左右，每日采煤機截齒節(jié)約費用達到3，000.00元，同時減少更換截齒所需時間，保證連續(xù)、安全運轉(zhuǎn)。

4.4 預裂爆破巷道支護效果

采煤機過F6斷層期間，通過對預裂巷道斷面的連續(xù)實測數(shù)據(jù)：巷道頂板最大下沉量為280mm，兩幫最大巖移量為525mm。支護完好，沒有壞損，巷道雖有局部壓力顯現(xiàn)，但總體上對巷道支護影響不大。頂板下沉量和兩幫變形量在設(shè)計支護安全規(guī)定的允許范圍內(nèi)。

4.5 預裂爆破巷道施工費用說明

4.6 深孔大口徑預裂爆破效果分析

爆破后的巖柱破碎圈很小，裂隙圈較大，對上覆煤巖體支撐力稍有降低，卻利于采煤機切割，巖石隨采煤機行進自然冒落，冒落巖石粒度≤0.45m，達到了預裂爆破效果。

4.7 加強工作面過斷層的安全管理工作

（1）確定過斷層期間安全領(lǐng)導小組。

由總工程師任組長，對采煤機過斷層和預裂爆破巷道施工期間的安全技術(shù)管理工作總體負責。

由生產(chǎn)礦長任副組長，對采煤機過斷層和預裂爆破巷道施工期間保證各項安全措施落實到位總體負責。

成員由采掘段領(lǐng)導組成，分別對采煤機過斷層和預裂爆破巷道施工期間安全、技術(shù)、生產(chǎn)具體負責。

（2）預裂爆破巷道及采面的通風管理工作。

預裂爆破巷道施工時，與采面必須嚴格執(zhí)行有關(guān)串聯(lián)通風的安全技術(shù)措施。

預裂爆破巷道貫通后，必須嚴格執(zhí)行聯(lián)絡(luò)巷的通風管理制度。

日常加強瓦斯巡檢和測風次數(shù)，保證采面足夠風量和瓦斯不超標。

（3）采面頂板管理工作。

根據(jù)頂板裂隙發(fā)育及其完整情況，決定是否停止采煤機切割、前移掩護支架，從而保證頂板安全；根據(jù)巖壁巖石片落情況，決定是否停機處理。防止超前預裂爆破對工作面圍巖造成的破壞，造成的液壓支架不接頂初撐力不足、登空、倒架、錯架等隱患，必須及時進行有效支護，加強頂板安全管理工作，杜絕冒頂事故發(fā)生。

（4）爆破作業(yè)管理。

爆破引藥制作前，必須對使用的電雷管做導通試驗；放炮時必須設(shè)置好警戒人員；及時揀出殘留煤巖中的未引爆的電雷管；超前預裂爆破中的瞎炮、爆破殘留炸藥或雷管及時處理。

（5）掘進貫通管理。

編制貫通安全技術(shù)措施并審批，嚴格按貫通安全技術(shù)執(zhí)行。

5 與以往采煤機過斷層效益對比

通過采用大口徑超前預裂爆破技術(shù)，經(jīng)過統(tǒng)計分析，取得了以下經(jīng)濟效益：

（1）伴隨超前預裂爆破方案的實施，1012工作面過斷層與以往采面過相同性質(zhì)、落差的地質(zhì)構(gòu)造，產(chǎn)量比多48，500t，利潤按100元計算，則共實現(xiàn)利潤485.0萬元；減少采煤機變頻器損失一套，資金節(jié)余17.8萬元；采煤機減少截齒損失480個，每個截齒按150元計算，資金節(jié)余共72萬元；超前預裂爆破巷道施工費用103.42萬元，共實現(xiàn)利潤406.58萬元。

（2）該超前預裂爆破技術(shù)方案實施，比較圓滿處理了1012工作面過斷層推進速度問題。

（3）解決了采煤人員進入工作面采用爆破方式處理采煤機過斷層帶來的安全隱患問題，杜絕了放炮對采煤機和支護設(shè)備帶來的傷害。

（4）工作面過斷層推進度的加快，減少了采空區(qū)煤炭自燃發(fā)火帶來的隱患威脅，同時杜絕了發(fā)生瓦斯爆炸事故的可能性。

6 超前預裂爆破技術(shù)方案的完善

6.1 超前預裂巷道支護完善

（1）為了避免采煤機切割金屬網(wǎng)產(chǎn)生火花和金屬網(wǎng)極易繞纏在采煤機滾筒上，對滾筒和截齒造成傷害。用塑料網(wǎng)替代鐵線金屬網(wǎng)。

（2）采用玻璃鋼錨桿替代金屬錨桿。

6.2 調(diào)整預裂爆破巷道施工時間

由于回采工作和預裂爆破巷道同時施工，導致掘進與采煤工作面串聯(lián)通風問題出現(xiàn)，因此建議超前預裂爆破巷道施工時間，盡量選擇在回采工作面掘進巷道完成、正式回采工作前施工超前預裂爆破巷道，即可杜絕掘進與采煤串聯(lián)通風帶來的安全隱患。

6.3 完善采面運輸方式

回采工作面運輸順槽采用單一皮帶運輸，預裂爆破巷道掘進巖石與工作面回采煤炭混在一起，嚴重影響煤炭質(zhì)量。因此建議：新掘進運輸順槽時盡量采用機軌合一運輸方式，能夠解決煤質(zhì)下降問題。

6.4 超前預裂爆破巷道標定問題

采煤機回采要求改造巷道底板與采煤機行走底板標高相平，要求地測部門在施工超前預裂爆破巷道改造前，做好改造巷道中心、腰線的標定工作，保證改造后的巷道達到設(shè)計要求。

7 結(jié)論

超前預裂爆破巷道施工結(jié)合大口徑預裂爆破技術(shù)方案的實施，解決了采煤機過斷層推進速度慢、無法連續(xù)生產(chǎn)、變頻器損壞、頻繁更換截齒、過斷層時間長、工作面爆破不安全、產(chǎn)量低等諸多問題。故此超前預裂爆破技術(shù)方案解決綜采工作面過斷層問題值得推廣。

參考文獻

[1]賈悅謙.綜采技術(shù)手冊[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2006.

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