晉華宮礦8707綜采面過(guò)斷層破碎帶綜合治理技術(shù)

晉華宮礦8707綜采面過(guò)斷層破碎帶綜合治理技術(shù)

李文格

(大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司，山西 大同 037003)

[摘要]晉華宮礦8707綜采工作面在推進(jìn)到斷層破碎帶附近時(shí)出現(xiàn)了嚴(yán)重的片幫、冒頂現(xiàn)象，致使支架難以向前推移，給工作面的安全生產(chǎn)帶來(lái)了極大影響。在對(duì)工作面的片幫冒頂特征分析的基礎(chǔ)上，針對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題提出了綜合治理技術(shù)措施：制定綜采工作面過(guò)斷層工藝、應(yīng)用馬麗散材料注漿加固破碎頂板、加強(qiáng)支架的維護(hù)和管理，最終成功地控制了工作面的片幫冒頂，順利通過(guò)了斷層破碎帶。這種綜合治理技術(shù)，不僅為實(shí)現(xiàn)晉華宮礦的安全開(kāi)采提供了重要的技術(shù)支撐，也為類似礦井的順利開(kāi)采提供了相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)和參考。

[關(guān)鍵詞]綜采工作面；斷層；片幫；馬麗散

[中圖分類號(hào)]TD327.22[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

[收稿日期]2014-08-01

DOI[]10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2015.01.013

[作者簡(jiǎn)介]李文格(1967-)，男，山西靈丘人，助理工程師，從事煤炭生產(chǎn)管理工作。

Treatment Technology of Fault Fracture Zone in 8707

Full-mechanized Mining Face of Jinhuagong Colliery

LI Wen-ge

(Datong Coal Mine Group Co., Ltd., Datong 037003, China)

Abstract:Serious coal-wall slide, roof fall occurred during 8707 full-mechanized mining face advanced in fault fracture zone which resulted into powered supports movement difficulty and seriously influenced safety mining.On the basis of analyzing characteristic of coal-wall sliding and roof fall in mining face, comprehensive treatment measures were put forward which included formulating mining technique for fault range, applying marithan material to reinforcing broken roof, strengthening maintenance and management of powered support.With the measures, coal-wall sliding and roof fall was successfully controlled and mining face smoothly mined through fault broken area.This comprehensive treatment technology not only provided important technical supporting for safe mining, but also present some experience and reference for similar mine.

Keywords:full-mechanized mining face; fault; coal wall slide; Marithan

[引用格式]李文格.晉華宮礦8707綜采面過(guò)斷層破碎帶綜合治理技術(shù)[J].煤礦開(kāi)采，2015，20(1)：41-44.

晉華宮礦8707綜采工作面在推進(jìn)過(guò)程中，距離5707回風(fēng)巷68m處，在其切眼發(fā)育一斷層F4，H=0.4～2.85m，產(chǎn)狀為258°∠65°。由于斷層附近的頂板較破碎，造成了54～90號(hào)支架附近大面積的片幫和冒頂現(xiàn)象，工作面日推進(jìn)度平均0.7m，幾乎每天都在處理斷層處的冒頂問(wèn)題，給工作面的安全生產(chǎn)帶來(lái)嚴(yán)重威脅。

在分析斷層破碎帶對(duì)8707綜采面影響特征的基礎(chǔ)上，根據(jù)斷層的落差和傾角、煤層厚度、綜采設(shè)備的最低工作高度、煤層傾角等因素確定采用綜合治理技術(shù)措施：制定綜采工作面過(guò)斷層工藝、應(yīng)用馬麗散材料注漿加固破碎頂板、加強(qiáng)支架的維護(hù)和管理，以期達(dá)到工作面順利通過(guò)斷層破碎帶的目的。

1工作面概況

1.1　工作面地質(zhì)概況

8707綜采工作面主采11號(hào)煤層，煤層厚度2.2~3.5m，平均厚度3.2m，煤層平均傾角3°，工作面走向長(zhǎng)1502m，面長(zhǎng)160m。直接頂為炭質(zhì)泥巖、粗砂巖，厚度3.5～5.5m，灰白色，以石英長(zhǎng)石為主，次為長(zhǎng)石暗色物質(zhì)；基本頂為細(xì)砂巖，厚度為6.3～20.6m，淺灰白色，石英長(zhǎng)石，有暗色物質(zhì)，節(jié)理發(fā)育程度低；直接底為細(xì)砂巖，厚度為6m，灰白色，以石英為主，底部夾雜灰黑色粉砂巖碎屑。

1.2工作面機(jī)械裝備

8707綜采工作面采用走向長(zhǎng)壁后退式采煤法，頂板支護(hù)使用ZZ/6000/17/37B型液壓支架；采空區(qū)處理為全部垮落法。工作面輸送機(jī)為SGZ-800/750型中雙鏈刮板輸送機(jī)；采煤機(jī)使用MG400/930WD型雙滾筒采煤機(jī)。運(yùn)輸巷轉(zhuǎn)載機(jī)使用SZZ-850/250型轉(zhuǎn)載機(jī)及SSJ-1000/200型帶式輸送機(jī)。

28707工作面片幫冒頂特征

8707工作面由于受到F4斷層破碎帶的影響，在回采過(guò)程中出現(xiàn)了大面積的片幫、冒頂現(xiàn)象。圖1為8707工作面典型片幫冒頂特征圖。

圖1　8707工作面典型片幫冒頂特征

圖1(a)為工作面大面積片幫，片幫長(zhǎng)度為4~6m，頂梁臺(tái)階為0.5m。圖1(b)為支架前探梁上方出現(xiàn)的冒頂，冒落塊度為1.8m×1m×1.5m，并且前方煤壁發(fā)生了較大面積片幫。8707工作面推進(jìn)到斷層破碎帶時(shí)各觀測(cè)站的礦壓信息觀測(cè)結(jié)果如表1所示。

表1　各觀測(cè)站礦壓信息

由表1可知：斷層破碎帶附近的測(cè)站(20號(hào)、65號(hào)和80號(hào))片幫冒頂現(xiàn)象明顯較其他測(cè)站更加強(qiáng)烈，片深高達(dá)2m以上，說(shuō)明斷層對(duì)工作面的正?；夭捎绊戄^大；部分支架頂梁臺(tái)階高達(dá)150~280mm，導(dǎo)致支架不能有效接頂，支架位態(tài)較差，達(dá)不到要求的工作阻力，對(duì)支護(hù)頂板十分不利；支架整體片幫和冒頂現(xiàn)象比較嚴(yán)重，部分支架片深達(dá)2m以上，冒高達(dá)1m以上，其中存在大面積片幫，長(zhǎng)度為8～10m；支架整體端面距較大，部分高達(dá)1500～2200mm，移架不及時(shí)，不利于端面頂板的支護(hù)，易誘發(fā)冒頂。

3綜采工作面過(guò)斷層技術(shù)

根據(jù)以上分析，綜采8707工作面通過(guò)F4斷層破碎帶應(yīng)采取以下工程措施。

3.1　挑頂挖底與調(diào)整割煤高度

(1)綜采8707工作面F4斷層展布如圖2所示，綜采面8707過(guò)斷層坡度調(diào)整方法如圖3所示。綜合采用挑頂挖底和調(diào)整割煤高度方法通過(guò)斷層破碎帶，其工藝過(guò)程如下：

圖2　回采工作面F4斷層展布

圖3　綜采面8707過(guò)斷層坡度調(diào)整方法

工作面從上盤(pán)向下盤(pán)推進(jìn)時(shí)，上盤(pán)頂板由煤體以及下盤(pán)頂板和斷層面間的摩擦力來(lái)支撐，過(guò)斷層的頂板壓力較小。在開(kāi)采的初期，按照3°起坡角，調(diào)整的傾斜長(zhǎng)度為55m，支架調(diào)整的范圍為54～90號(hào)液壓支架，底滾筒需與工作面底板趨勢(shì)相同。在過(guò)斷層時(shí)，調(diào)整的斜長(zhǎng)范圍內(nèi)，采高為2.8m；開(kāi)采初期，機(jī)頭到斷層破碎帶、斷層破碎帶到機(jī)尾的采高為3m。

頂?shù)墩{(diào)整時(shí)，在變坡點(diǎn)1抬滾筒，變坡點(diǎn)2降滾筒，幅度不能超過(guò)100mm，過(guò)渡要平緩，頂?shù)兜淖邉?shì)與推進(jìn)方向頂板趨勢(shì)保持相同。底刀調(diào)整時(shí)，對(duì)變坡點(diǎn)1，過(guò)渡斜長(zhǎng)為7~10m，調(diào)整角為2°，抬刀幅度為350mm，分多次調(diào)整。采煤機(jī)反向牽引時(shí)，對(duì)變坡點(diǎn)1進(jìn)行反向調(diào)整。對(duì)變坡點(diǎn)2，采取同樣的調(diào)整方法，并且預(yù)留底煤200~300mm。刮板輸送機(jī)隨之順平、順直，隨著工作面不斷推進(jìn)，斷層傾角和落差減小。

(2)采用樹(shù)脂木錨桿防片幫技術(shù)，能夠有效防止煤壁片幫造成的支架端面距加大，從而控制控頂距內(nèi)冒頂，使工作面順利通過(guò)斷層。

(3)針對(duì)8707綜采工作面頂板破碎，回采過(guò)程中支架頂梁前方出現(xiàn)的大面積冒頂情況，應(yīng)用聚合材料馬麗散化學(xué)漿液注漿，以加固工作面的破碎頂板，確保工作面的安全生產(chǎn)。

3.2　馬麗散材料注漿加固破碎頂板

馬麗散材料是一種低黏度、雙組合合成高分子——聚亞胺膠酯材料，具有高度黏合力和很好的機(jī)械性能，與巖層產(chǎn)生高度黏合，可持續(xù)與工作面一致的壽命，能夠有效加固破碎頂板[2-4]。

(1)注漿地點(diǎn)沿8707綜采面傾斜方向，由于在16號(hào)～28號(hào)，54號(hào)～90號(hào)支架處頻繁發(fā)生嚴(yán)重片幫、冒頂。片幫范圍達(dá)3~15m，片深1.5m以上，冒頂高度高達(dá)2m以上，致使支架無(wú)法向前推移。針對(duì)以上情況，在16號(hào)～28號(hào)，54號(hào)～90號(hào)支架前探梁上方冒落空間和煤層內(nèi)注入馬麗散化學(xué)漿液，封堵加固冒落空間并阻止煤壁進(jìn)一步片幫，以及充填冒落空間上方巖層破碎裂隙，防止頂板巖層的再冒落。

(2)布孔位置與參數(shù)根據(jù)工作面采高，在工作面布置2排注漿孔，第1排注漿孔距離頂板0.5m，第2排注漿孔距離底板1.5m，均按三花眼布置。注漿孔孔徑為42mm，孔深6m和8m，上排注漿孔仰角為45°，下排注漿孔仰角為20°。

由文獻(xiàn)可知，注漿后漿液的擴(kuò)散半徑為：

式中，R為漿液的擴(kuò)散半徑，cm；pc為注漿孔內(nèi)壓力，MPa；p0為受注裂縫內(nèi)地下水壓力，MPa；T為注漿時(shí)間，s；b為裂縫寬度(開(kāi)度)；rc為注漿孔半徑，cm；μ為漿液黏度，MPa·s。

根據(jù)8707綜采面的注漿參數(shù)計(jì)算可知，滲透半徑為1.65m，實(shí)測(cè)1.8m，由于注漿孔按三花眼布置，最終確定孔間距為3m。

由鉆孔布置可知，漿液有效固化厚度為5.7m頂板和2.1m煤層，能夠最大程度保證工作面正常推進(jìn)，避免漏頂現(xiàn)象發(fā)生。8707工作面煤壁注漿孔布置如圖4所示。

圖4　8707工作面煤壁注漿孔布置

(3)注漿工藝鉆孔時(shí)要求鉆孔直徑為42mm和69mm 2種，深度和傾角按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行鉆孔，在現(xiàn)場(chǎng)可根據(jù)地質(zhì)情況變化進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。注漿時(shí)把2根吸料管分別插入馬麗散樹(shù)脂和催化劑桶中，其體積配合比為1∶1，質(zhì)量配合比為1∶1.17，使用多功能風(fēng)動(dòng)注漿泵，壓力要求為4~7MPa，活塞在氣馬達(dá)的作用下運(yùn)動(dòng)，由于壓力的作用使原料經(jīng)過(guò)活塞進(jìn)入輸料管，輸送到注射槍里，通過(guò)注射槍注入地層，原料滲入裂隙，進(jìn)而快速反應(yīng)達(dá)到加固的目的。施工設(shè)備為2臺(tái)ZBQS-8.4/12.5型注漿泵，1臺(tái)TXU-75型巖石鉆機(jī)和1個(gè)7655型風(fēng)鉆。

本施工工藝簡(jiǎn)便新穎，和通常的機(jī)械或物理加固方法不同，是一種有效的化學(xué)加固方法，并且操作方便，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工要求不高，能快速、高效地達(dá)到加固的目的，注漿工藝如圖5所示。

圖5　注漿工藝

3.3　8707綜采面支架維護(hù)措施

對(duì)現(xiàn)場(chǎng)支架的觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，很多支架存在漏液和支柱損壞現(xiàn)象，其中43號(hào)、76號(hào)、107號(hào)漏液嚴(yán)重，75號(hào)～78號(hào)頂梁俯仰角為19°，一部分支架頂梁臺(tái)階達(dá)到200~300mm，端面距達(dá)到1500~1800mm。

針對(duì)以上問(wèn)題，應(yīng)當(dāng)采取以下措施：

(1)控制好工作面的平度和直度。提高液壓支架的初撐力，采取帶壓移架，以減少由于移架而產(chǎn)生的頂板破壞。并且提高乳化液泵站壓力，保證供液系統(tǒng)不漏液，加強(qiáng)對(duì)支架的檢修力度，保證設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，要對(duì)常用、易損配件設(shè)置備用，保證及時(shí)供應(yīng)。

(2)加強(qiáng)對(duì)支架位態(tài)的監(jiān)測(cè)，頂?shù)装逶谛逼露我骄忂^(guò)渡，及時(shí)調(diào)整支架的俯仰角和臺(tái)階差，保證其不要太大。當(dāng)支架發(fā)生歪斜時(shí)，可以采取倒拉架并借助側(cè)護(hù)板油缸的方法進(jìn)行調(diào)整。

(3)采煤機(jī)割煤后，應(yīng)及時(shí)支護(hù)頂梁，采用手動(dòng)收打護(hù)幫板，控制端面距在200mm內(nèi)，防止大面積片幫和冒頂。

(4)工作面推進(jìn)速度越快，煤壁暴露時(shí)間越短，對(duì)控制頂板破碎越有利?？梢圆扇p少采煤機(jī)截深，提高牽引速度，淺割快跑的方法降低頂板的破碎程度。

(5)加強(qiáng)工作面的工程質(zhì)量檢測(cè)，規(guī)范人員行為，嚴(yán)格按照技術(shù)措施要求進(jìn)行鉆孔、移架等操作。

4結(jié)論

(1)分析了斷層破碎帶對(duì)8707綜采工作面礦壓顯現(xiàn)的特征，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)斷層的落差和傾角、綜采設(shè)備的最低工作高度、煤層厚度和傾角等因素確定了采用挑頂挖底法和調(diào)整割煤高度法通過(guò)斷層破碎帶的技術(shù)措施。

(2)針對(duì)8707綜采工作面頂板破碎，回采過(guò)程中支架頂梁前方出現(xiàn)了大面積片幫及冒頂情況，應(yīng)用聚合材料馬麗散化學(xué)漿液注漿，加固工作面的破碎頂板，防止了頂板的再次冒落。

(3)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)發(fā)現(xiàn)的工作面支架的漏液和損壞，以及支架的俯仰角、頂梁臺(tái)階和端面距等位態(tài)較差的現(xiàn)象，提出了相應(yīng)的支架維護(hù)及管理措施。

(4)當(dāng)工作面支架前探梁冒頂區(qū)和煤壁注漿加固完成后，工作面開(kāi)始正?；夭刹⑦M(jìn)行過(guò)斷層工藝調(diào)整，隨后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，沒(méi)有再發(fā)生片深超過(guò)0.5m的片幫，工作面順利通過(guò)了斷層破碎帶，安全生產(chǎn)得到了保證。

[參考文獻(xiàn)]

[1]郭守泉，彭永偉.綜采工作面過(guò)斷層技術(shù)綜述.煤礦開(kāi)采，2008，13(4)：30-31.

[2]宋銀珠，張劍.中興煤礦馬麗散注漿材料加固破碎頂板.煤炭科學(xué)技術(shù)，2007，35(7)：48-50.

[3]王趕躍.馬麗散N型注漿材料在井筒堵水中的應(yīng)用.河北煤炭，2006(6)：50-52.

[4]郭萬(wàn)忠.聚合材料在煤礦井下堵漏水技術(shù)中的研究與應(yīng)用.同煤科技，2002(4)：30-31.

[5]曹勝根，劉長(zhǎng)友.高檔工作面斷層破碎帶頂板注漿加固技術(shù).煤炭學(xué)報(bào)，2004，29(5)：545-549.

[6]楊永強(qiáng)，樊鴻，張盛.馬麗散注漿材料在東龐煤礦加固破碎頂板中的應(yīng)用.煤炭工程，2005(9)：26-27.

[7]萬(wàn)清生.綜采工作面過(guò)斷層技術(shù).煤炭科學(xué)技術(shù)，2006，34(12)：28-30.

[責(zé)任編輯：鄒正立]