綜采工作面過斷層超前抽巷技術(shù)實踐

摘要：介紹了白皎煤礦2154綜采工作面過斷層時采用超前抽巷技術(shù)，將斷層內(nèi)巖石預(yù)前掘巷抽出，再進行可靠支護，工作面過斷層變?yōu)檫^空巷，大幅度減少了過斷層中的巖石截割量，工作面推進速度顯著，實現(xiàn)了連續(xù)、安全、高效開采。

關(guān)鍵詞：超前抽巷、過斷層、過空巷、支護、技術(shù)實踐

中圖分類號： TD823 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）07（c）-0000-00

白皎煤礦地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，煤層自然發(fā)火傾向性較大。綜采工作面開采遇斷層構(gòu)造，煤層常變薄或尖滅為全巖。過去該礦主要采用搬回撤至新掘切眼，工作面甩掉斷層開采和采用放震動炮松散巖體，采煤機截割裝巖，工作面硬過斷層這兩種方法。

前一種方法主要缺點為：1）搬回撤影響較長，一般達1.5個月，工作面開采周期延長；2）搬回撤生產(chǎn)成本較高， 3）工作面開采走向縮短，煤炭資源丟失浪費；4）搬回撤期間煤層自然發(fā)火威脅大；

后一種方法主要缺點為：1）工作面推進速度較慢，自然發(fā)火威脅大；2）需震動放炮，工藝環(huán)節(jié)復(fù)雜，巖石截割及裝運量大，設(shè)備損壞嚴重，制約了工作面高產(chǎn)高效發(fā)揮；3）生產(chǎn)組織管理復(fù)雜，頂板控制困難；4）煤質(zhì)較難控制，經(jīng)濟效益受影響。

綜上所述，搬回撤和硬過斷層這兩種傳統(tǒng)過斷層方法皆存在較大弊端，影響了綜采工作面高產(chǎn)高效生產(chǎn)能力的發(fā)揮，較難取得良好的技術(shù)經(jīng)濟指標。

為此，應(yīng)用新技術(shù)新工藝，解決礦井復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造條件下過斷層的開采問題已成當務(wù)之急，為礦井其它相似區(qū)域應(yīng)用推廣該技術(shù)具有重大的實踐意義。

1.工作面開采狀況

1.1 工作面位置

2154工作面為21采區(qū)第三區(qū)段東翼四號煤層。以北（N）為2134、2132工作面（回采結(jié)束）；以南（S）為2172、2174工作面（暫未布置）；以西（W）為2162、2164工作面（暫未布置）；以東（E）為采區(qū)隔離煤柱；上覆為已采2152工作面采空區(qū)。

1.2 工作面地質(zhì)概況

工作面開采區(qū)域內(nèi)主要包括3條斷層，從西向東分別為： F1、F2、F3，其中F1和F2皆為沿傾向貫穿工作面，落差為2.0～3.5m，對正常開采影響較大，上覆二號煤層2152工作面就曾新掘切眼，甩掉斷層搬回撤開采。該工作面主要斷層參數(shù)詳見表1，斷層位置詳見圖1：

工作面所采四號煤層具有自然發(fā)火傾向，發(fā)火期一般3～6個月。四號煤層結(jié)構(gòu)簡單，煤層厚度1.5～2.6m，平均厚度2.2m。煤層走向270°，傾向180°，煤層傾角8～10°。與上鄰近層二號煤層工作面間距為3.0～8.4m。

四煤層偽頂為0.1～0.2m的炭質(zhì)泥巖，煤層較松軟，踩踏時容易掉落。直接頂是0.1～0.3m厚的砂質(zhì)泥巖，依照節(jié)理進行發(fā)育，表面光滑。老頂是3.8～6.7m的薄層狀細砂巖，砂巖排列緊密，質(zhì)地堅硬。直接底是1.1～3.1m的灰白狀粘土巖，該粘土巖屬于工程軟巖，遇到水時會松軟膨脹。

圖1 2184工作面斷層構(gòu)造平面位置示意圖

1.3 工作面生產(chǎn)技術(shù)條件及開采情況

該工作面所使用的技術(shù)是走向長壁后退式采煤法，跨軌道下山開采，采用一次采全高的綜采工藝，管理方法采用全部垮落法管理頂板。生產(chǎn)設(shè)備有MG160/375-W型采煤機、ZY2500/14/32A型掩護式液壓支架以及SGZ-630/220型刮板輸送機?？仨斁酁?.5m～4.1m，上下順槽超前支護>20m。該工作面的回采巷道使用的是排柴背接頂幫，礦用11號工字鋼三節(jié)棚支護。

工作面在開采初即在切眼下段和機巷以西20m處揭露F3斜交斷層，平均落差1.0m。隨工作面推進，該斷層逐漸甩掉至切眼以下并消失，對回采影響較小。

推進至95m時，從機頭起，沿工作面上行至機尾，逐步進入二煤層停采煤柱，即四煤層薄化帶，工作面煤厚1.6～1.8m，平均1.7m，此段工作面調(diào)整采高，推進較緩慢。工作面推進至200m時遇F2傾向正斷層，落差2.0m，工作面硬過斷層，局部段震動放炮松散巖石，采煤機截割裝巖運出。工作面推進至440m時，遇F1傾向正斷層，落差2.3～3.0m，平均達2.6m。斷層面采用硬過斷層較為困難。

2.工作面超前抽巷技術(shù)方案

2.1 技術(shù)方案的確定

本工作面在過F1斷層時采用超前抽巷技術(shù)。超前抽巷，即在空間和時間上超前掘巷抽出巖石，工作面推進至斷層超前抽巷并與其對接后快速通過，將過斷層轉(zhuǎn)換為過空巷的方式。超前抽巷使工作面在過斷層時，在不影像安全生產(chǎn)和煤質(zhì)的前提下，又有助于工作面的高產(chǎn)高效。方法如下：在斷層中采用預(yù)掘巷道的方法來開采斷層面兩側(cè)的煤巖，并采用有效的支護手段對圍巖的穩(wěn)定進行維護。

2.2 超前抽巷的形狀及尺寸選擇

超前抽巷的形狀及尺寸根據(jù)巷道的支護手段、斷層的形狀、施工的難度、所使用的設(shè)備（采煤機、支架等）的高度以及安全進行了綜合考慮，并提出了如下兩個方案：

方案Ⅰ：采用等腰梯形斷面（詳見：圖2 超前抽巷形狀及尺寸方案比較圖（a））。滿足下幫高度不低于2.0m，且斷面底板與斷層下盤煤層底板呈12°夾角。斷面下寬8.0m，上寬7.0m，兩幫做在煤或半煤巖中，斷面積約15.0m2。其優(yōu)點是：設(shè)計具有一定坡度，對工作面由斷層上盤過渡至下盤有利，底板破底量較小，對開采中的煤質(zhì)易于管理；缺點是：巷道橫向垮度較大，開挖斷面積大支護困難，掘進工期時間長，工作面過此巷時不安全。

方案Ⅱ：采用直角梯形斷面（詳見：圖2 超前抽巷形狀及尺寸方案比較圖（b））。滿足下幫高度不低于2.0m，且斷面底板與斷層下盤煤層底板相平。斷面下寬4.4m，上斜寬4.6m，兩幫做在煤或半煤巖中，斷面積約9.7m2。其優(yōu)點是：巷道斷面形狀良好，橫向垮度很小，容易進行施工和支護，縮短了工期，降低了費用；缺點是：巷道頂板巖石破壞量很大，不利于施工的安全；在工作面過斷層時，由上盤過渡到下盤操作比較困難，還要對底板進行斜坡處理。

圖2 超前抽巷斷面形狀及尺寸方案比較圖

將以上兩個方案進行比較，通過計算和比較后將方案二確定為施工方案：沿斷層走向挖掘出一條上幫高為2.4m，下幫高為2.0m，寬為4.4m，上盤幫破底頂量為600mm的梯形巷道（見圖2（b）所示：）。

2.3 超前抽巷支護

超前抽巷支護的效果主要受到巷道圍巖性質(zhì)、工作面超前動壓、原巖應(yīng)力以及斷面形狀等條件的影響。超前抽巷超過工作面前方移動支承動壓影響范圍的時候，它就只受到原巖應(yīng)力的影響，一般采用錨網(wǎng)支護的方法；而斷層預(yù)掘巷跟隨工作面的移動而進入支承動壓影響范圍之內(nèi)時（白皎煤礦一般為40～50m），為了預(yù)防錨網(wǎng)支護結(jié)構(gòu)被動壓所破壞，而導(dǎo)致巷道圍巖發(fā)生變形，超前抽巷則要采用錨索進行強化支護。斷面支護圖詳如圖3所示：

圖3 超前抽巷斷面支護圖

除上述巷道支護之外，在工作面臨近割透斷層的邊緣時，工作面的基本頂斷裂回轉(zhuǎn)動能作用在斷層預(yù)掘巷上，同時其一側(cè)煤幫被開采形成了斷面，不可避免地會造成巷道圍巖變的形破壞，需要提前支設(shè)液壓單體支柱進行加強支護，防止圍巖急劇垮冒和變形。

2.4 工作面上下順槽超前支護

工作面推進至斷層超前抽巷并與其對接后快速通過，將過斷層轉(zhuǎn)換為過空巷的方式。上下順槽超前支護段在距離空巷50 m時，將超前段前10m單排“一梁三柱”支護改設(shè)為雙排“一梁三柱”。

3.安全技術(shù)措施

3.1 超前抽巷施工

（1）要制定施工安全技術(shù)和管理措施，并且在施工過程中嚴格地進行實施，特別是要監(jiān)管好磧頭頂板的管理工作，臨時支護（使2根前探梁）和永久支護的跟進工作，嚴禁空頂作業(yè)。

（2）巷道采用錨網(wǎng)+錨索永久支護，頂板每組施工5排2.0m長螺紋鋼錨桿，排距按0.8m，每組錨桿間距按0.75m布置。每4m 施工一根長5m的錨索。

（3）巷道施工采用打眼放炮的方式，按照爆破圖表的指示進行打眼放炮。巖石要進行光面爆破，周邊的眼距控制在300mm 左右。每眼裝藥量不招過lOOg，采用先煤后巖的順序進行起爆。

（4）超前抽巷在風(fēng)巷斷層處起掘，磧頭的煤矸采用SGW-40T刮板輸送轉(zhuǎn)載至風(fēng)巷起掘點3t礦車，通過軌道系統(tǒng)運至地面。

（5）制定合理的施工工序，巷道施工應(yīng)該安排與工作面檢修、移架等工序同時進行，要盡可能的減少施工時間，提高施工效率。

3.2 綜采面過斷層及空巷

3.2.1 割煤要求

綜采面在過斷層以及過空巷期間，機組司機要嚴格根據(jù)割頂割底尺寸進行切割，切割面要平整，要保證運輸機的正常運轉(zhuǎn)，依據(jù)煤層變化的情況調(diào)證工作，以保證盡可能少地割頂?shù)装鍘r石。

3.2.2 移架要求

在進行移架時，降架的高度要小于鄰架側(cè)護板的2/3，防止支架滑動位移，產(chǎn)生咬架的現(xiàn)象。被移架相鄰的兩支架要安裝千斤頂進行支撐，防止移架時將工作面刮板輸送機拉回，導(dǎo)致不能正常運轉(zhuǎn)。工作面要安裝單體液壓支柱以及移溜器，可以對不穩(wěn)定的支架進行輔助調(diào)整。

3.2.3 移溜要求

2154綜采面過斷層及空巷提前20m起，即在工作面溜子道的上方每隔1架支架，于支架前方的探梁吊耳上垂直放一條40T錨鏈，讓溜子沉底，通過升架起吊解決推移困難的問題。在頂板完好的五片幫地點，升降起支架前梁的吊溜子，墊上木板，可實現(xiàn)順利的推溜。在頂板損壞的地方，不能使用支架起吊溜子，而改用導(dǎo)鏈進行起吊。工作面變坡點要盡量的平緩，溜子運轉(zhuǎn)才能平穩(wěn)，底板不平時，要先將溜子墊平穩(wěn)，才能起吊溜子，。

3.2.4 液壓系統(tǒng)要求

泵站壓力要大于31.0MPa，4h內(nèi)液壓系統(tǒng)不出現(xiàn)漏液、串液，損壞元件等，配件以及乳化液達標，配有備用的液壓泵、液壓箱。

3.2.5 加強地質(zhì)預(yù)測預(yù)報工作

2154綜采面在過斷層構(gòu)造及空巷期間，相關(guān)人員要隨時進行監(jiān)測，根據(jù)已知的預(yù)報范圍以及內(nèi)容，及時了解工作面煤巖變化狀況以及過空巷的最小剩余距離，預(yù)計割穿空巷的時間。及時得到數(shù)據(jù)和信息，進行處理并提出意見，將工作面的地質(zhì)預(yù)測預(yù)報表傳遞給相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)和單位，保證及時采取有效的措施，使工作面順利地推進。

4. 工作面超前抽巷應(yīng)注意的問題

（1）在進行超前抽巷掘進工作之前，要先掌握斷層的落差、性質(zhì)、斷距等各個要素，才可以設(shè)計施工。其目的是提前去除大量的斷層帶巖石，以降低采煤機的截割量，加快工作的效率，因此，挖掘出的巖石量越多越好，沿斷層面掘進可以很好地保證斷層面的完整。若是斷層面破碎或者不平直則要預(yù)留下一定的巖柱，利用中腰線控制掘進。

（2）在斷層帶掘進施工，頂板破碎不完整時，必須增加炮眼施工數(shù)量，特別是周邊眼數(shù)量、眼距和裝藥量需嚴格控制，減小炮掘?qū)鷰r的擾動及離層垮冒。施工中嚴格控制循環(huán)進度，最大單循環(huán)進度控制在1.2m以內(nèi)。

（3）要保證超前抽巷的頂板支護效果，若是在過空巷時出現(xiàn)支護強度或密度不夠的情況，人員很難進去維護。超前抽巷內(nèi)頂板因為采場峰值壓力的循環(huán)作用，會發(fā)生碎裂、離層及漏頂?shù)那闆r，因此，要加大支護強度以及擴大支護面積。

（4）超前掘進面放炮要與工作面生產(chǎn)班割煤分開進行施工，放炮要由專業(yè)人員負責(zé)，嚴格遵循措施設(shè)置警戒以及撤人，保證人員的安全。

（5）加強機電運輸配套系統(tǒng)的日常檢修和維護管理，保證過斷層、過空巷期間設(shè)備運行的連續(xù)可靠，確保工作面安全高效的通過。

（6）強化局部通風(fēng)標準化管理，要重點維護檢修局部通風(fēng)機以及瓦斯監(jiān)測儀器等設(shè)備，確保其正常運行。同時重點監(jiān)控和巡檢掘進頭以及工作面瓦斯的情況.如果有一處瓦斯超限，要暫停一切作業(yè)，及時采取相關(guān)措施進行處理。

（7）綜合考慮通風(fēng)系統(tǒng)、施工進度以及合理巷道維護等因素，依照工作面正常推進的速度，有效合理地安排施工，使施工達到最高的效率，巷道峻工應(yīng)控制在20d左右。

5. 結(jié)束語

（1）白皎煤礦在2154綜采工作面采用超前抽巷預(yù)前抽出斷層帶巖石，避免了重開切眼開采和硬過斷層開采。

（2）增加回采儲量約2.5萬t，獲得了良好的經(jīng)濟效益。

（3）縮短了工作面的開采周期，提高了單產(chǎn)單效，穩(wěn)定了采掘接替計劃。

（4）最大化減小了煤層自然發(fā)火威脅。

（5）降低了硬過斷層時的巖石破頂?shù)捉馗盍?，降低了采煤機、刮板和膠帶運輸機等設(shè)備的故障率。

（6）超前“抽”出巖石，將制約生產(chǎn)的不利因素降至了最低。

（7）為礦井其它區(qū)域相似綜采工作面的開采進行了有益實踐，具有較大的推廣價值。

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