俯斜綜采工作面過斷層技術(shù)與實踐

張國英

(霍州煤電集團 方山木瓜煤礦, 山西 呂梁 033102)

俯斜綜采工作面過斷層技術(shù)與實踐

張國英

(霍州煤電集團 方山木瓜煤礦, 山西 呂梁 033102)

針對木瓜煤礦10-208俯斜綜采工作面回采過程遇7 m斷層的工程實際,通過采取降低采高、破底穿巖、放震動炮、單向割煤等手段,不僅順利安全通過斷層,而且提高了生產(chǎn)效率,節(jié)約了成本,為解決綜采類似條件的工程問題提供借鑒。

綜采工作面;正斷層;俯斜開采;破底穿巖

斷層是巖層或巖體破裂后斷裂兩側(cè)的巖層或巖體有顯著位移的斷裂構(gòu)造,其對工作面的布置及生產(chǎn)有重要的影響[1]。過斷層的方式不僅決定于斷層的落差、走向、傾向、傾角,還與煤層的厚度,傾角,頂?shù)装迩闆r,生產(chǎn)條件等諸多因素有關(guān)[2]。一般情況下過斷層主要采取方法有上盤破頂,下盤破底,破巖量由斷層的落差及頂?shù)装鍘r性決定;工作面調(diào)斜,減小斷層區(qū)域暴露面積,這種方法在現(xiàn)場實施工過程中受限于刮板運輸機上竄下滑(調(diào)斜調(diào)整),可行性不高[3]。其中斷層區(qū)域頂板的控制是過斷層的一個難點,斷層在采動影響下易發(fā)生“活化”,煤層頂板巖層難以控制,尤其在開采區(qū)域斷層較發(fā)育時,斷層對礦壓分布規(guī)律的影響十分明顯。木瓜煤礦10-208工作面在切巷掘進過程中揭露一條落差7 m的斷層F22正,斷層切割整個工作面,對回采影響很大,本文以此斷層為例,研究綜采工作面直接過斷層技術(shù)[4-6]。

1 工作面地質(zhì)條件及裝備

1.1工作面地質(zhì)條件

木瓜煤礦10-208工作面位于木瓜礦10#煤二采區(qū),為一單斜構(gòu)造,走向NW,傾向NE,傾角3°～ 12°,煤層平均厚度3.5 m,蓋山厚度213.2 m～305.9m。走向長度1 236 m,傾向長度245.4 m,可采長度1 095 m,地質(zhì)儲量1 340 205.85 t。在工作面切巷掘進過程中距10-2081巷63 m處揭露F22正斷層,走向NW38°,傾向NE,落差7 m,斷層上盤頂板為粗粒砂巖,下盤底板為泥質(zhì)砂巖,工作面斷層平面示意圖,見圖1。布置切巷時,穿斷層上盤粗砂巖頂板掘進,直至斷層下盤煤層。工作面安裝后23#-46#液壓支架位于上盤巖石段,工作面切眼斷層剖面圖,見圖2。當工作面推進150 m時,斷層在10-2082巷消失。

圖1 工作面斷層平面示意圖Fig.1 Plan of fault of working face

圖2 工作面切眼斷層剖面圖Fig.2 Profile of cutting-hole fault of working face

1.2工作面裝備

工作面采用MG500/1200-WD型采煤機割煤,截深800 mm;SGZ1000/1200×2型刮板輸送機,SZZ1000/400型轉(zhuǎn)載機運煤,PCM375型破碎機破煤SSJ-1200/2×315型膠帶輸送機將煤運至10-208工作面溜煤眼。工作面頂板支護選用ZY7800/18/37型雙柱掩護式液壓支架;運輸巷超前支護采用DW-28(32、36、45)型單體柱配合1.0 m金屬π梁支護;回風(fēng)巷超前采用型號為ZTCF45000/19/37型超前支架支護;采空區(qū)采用全部垮落法處理,頂板自然垮落。

2 工作面過斷層方案

2.1工作面過斷層方案確定

10-208工作面采用俯斜開采,推進方向前100 m范圍內(nèi)坡度為6°～12°。由于斷層上盤頂板堅硬,斷層落差大,如以上盤挑頂下盤破底的方式通過斷層,則巖石工程量大,施工難度大,上盤放炮挑頂段頂板易碎且采高不易控制,綜合考慮以上諸多不利因素,最終采取以破下盤底板為主的方式通過,放震動炮預(yù)裂,當?shù)装搴穸刃∮?.5 m時采煤機直接割過。

2.2工作面過斷層方案實施

1)工作面過斷層的首要任務(wù)是上盤臥底找煤,在開始回采時,工作面以15°左右角度俯采,從現(xiàn)場施工觀察,俯采角度最大時達到20°,當工作面推進35 m時,工作面斷層發(fā)育至62#架,此時上盤不破頂板,僅破下盤底板的方式過斷層,工作面斷層位于62#架時剖面圖,見圖3。

圖3 工作面斷層位于62#架時剖面圖Fig.3 Profile of fault of working face at No.62 support

2)由于切巷前100 m俯斜角度大,達到6°～12°,工作面斷層落差大,下盤采煤機破底爬坡,下盤破底長度小會造成采煤機通過負荷過重,從現(xiàn)場觀測,下盤區(qū)域破底40架,才能保證采煤機順利通過。

3)工作面推進100 m以后,工作面整體下山角度將變小(大約3°左右)。預(yù)計工作面推進至125m時,斷層將會發(fā)育至124#架,下盤破底16架,刮板工作坡度達到12°,達到采煤機爬坡極限能力,此時僅破下盤底板的通過方式無法滿足正常割煤,所以斷層在115#架時就要開始提刀,破上盤頂板,緩沖刮板角度,確保采煤機順利通過,工作面斷層位于115#架時剖面圖,見圖4。

圖4 工作面斷層位于115#架時剖面圖Fig.4 Profile of fault of working face at No.115 support

3 工作面過斷層工藝及措施

3.1工作面過斷層工藝

1)降低采高過斷層。由于斷層落差大,破巖量大,在回采過程中降低采高可以大大減少破巖量,采煤機通過最低高度為2.2 m,所以控制采高2.5 m(保證300 mm余量),確保采煤機順利通過。

2)放震動炮過斷層。由于斷層落差大,工作面揭露巖石段長,科學(xué)合理的布置炮眼,采取少裝藥放小炮方式進行預(yù)裂,預(yù)裂深度為800 mm,保證采煤機順利通過即可,爆破后大大的減少了截齒的使用量,同時用廢舊皮帶包好支架等設(shè)備,防止崩壞[7]。

3)單向割煤過斷層。俯斜開采過程中,采煤機上行坡度大會造成割煤過程中掃矸負荷過重,在頂板允許的情況下轉(zhuǎn)換割煤方式,采煤機下行單向割煤,追機移架,采煤機上行反空刀再移刮板,減輕采煤機上行負荷[8]。

3.2工作面過斷層時的問題及采取措施

1)初次垮落前拉架支架向煤幫傾倒。由于工作面采用俯斜開采,頂板初次垮落前,移架過程中支架向煤幫傾倒,給安全生產(chǎn)帶來很大隱患。在此情況下,移架前在支架頂梁前端施工一根單體柱,支撐支架頂梁,可以有效避免支架降架后向煤壁傾倒的現(xiàn)象。

2)斷層區(qū)域刮板運輸機移設(shè)困難。刮板運輸機移設(shè)困難主要由兩方面原因造成:一是大傾角俯采過程中采煤機滾筒旋轉(zhuǎn)不能將煤矸有效的甩進刮板運輸機,造成刮板移設(shè)過程中前方阻力過大,發(fā)生刮板頂翻事故;二是俯采變?yōu)槠酵茣r,直接大幅度提刀會使支架過橋擠壓推移橫梁,容易造成推移橫梁變形。針對這兩種情況,在施工過程中一是采用人工拉底,徹底清開刮板前方煤矸,二是移架過程中在支架頂梁前方施工兩根單體柱吊架,保證支架過橋不擠壓刮板輸送機,通過這兩種方式保證了順利頂移刮板輸送機。

3)支架歪斜。由于斷層落差大,斷層局部區(qū)域傾角大,造成支架歪斜,這種情況下采煤機司機在割煤過程中要順平底板,減小坡度,拉架工在拉架過程中降架后及時靠架,防止咬架現(xiàn)象的發(fā)生[9]。

4)下盤頂煤不易控制。斷層下盤區(qū)域頂煤不易控制,造成支架錯差大、超高、不接頂?shù)默F(xiàn)象,這種情況下,采取超前拉架,帶壓前移,單體柱輔助移架支撐等方式提高了留頂煤質(zhì)量[10]。

5)設(shè)備故障率高。過斷層期間設(shè)備負荷重,造成設(shè)備故障率高,嚴重影響工作面快速推進。因此在過斷層期間,要做到加強設(shè)備檢修,保證設(shè)備良好運轉(zhuǎn);支架不得出現(xiàn)跑冒滴漏的現(xiàn)象,保證支架接頂嚴實,初撐力達標;在放炮時必須停止乳化液供應(yīng),防止放炮后矸石崩到手把,造成供液后支架自降,發(fā)生冒頂事故;刮板輸送機及轉(zhuǎn)載機必須保證刮板齊全緊固,采煤機必須保證截齒齒套齊全,乳化液壓力不得低于30 MPa。

4 結(jié)束語

木瓜煤礦10-208俯斜綜采工作面通過采取降低采高、破底穿巖、放震動炮、單向割煤等手段,順利安全通過7 m大斷層。這種方式與上盤破頂,下盤破底的方式相比,減少了巖石工程量,且施工簡單,頂板控制容易;與重送切巷方式相比減少了掘進及二次安裝時間,緩解了采掘緊張的局面。實踐證明,俯斜綜采工作面采用破底穿巖通過斷層的方式,不僅安全通過斷層,而且提高了生產(chǎn)效率,節(jié)約了成本,為解決綜采類似條件的工程問題提供借鑒。

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(編輯:武曉平)

TechnologyandPracticeofFully-mechanizedDipMiningFacePassingthoughFault

ZHANGGuoying
(FangshanMuguaMine,HuozhouCoal&ElectricityGroup,Lvliang033102,China)

When No.10-208 fully-mechanized dip mining face met a 7-meter fault in Mugua Mine, some approaches, such as lowering mining height, breaking floor, blasting tremor, and one-way cutting, were used to realize the smooth passing-through in order to improve the production efficiency and reduce the cost. The study could provide a reference for the similar engineering problems in the fully-mechanized mining.

fully-mechanized working face; normal fault; dip mining; breaking floor

TD823

A

1672-5050(2017)03-0019-04

10.3919/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2017.06.006

2017-06-05

張國英(1986-),男,山西運城人,大學(xué)本科,助理工程師, 從事煤炭采掘技術(shù)工作。