塔山三盤區(qū)4#層8311工作面過斷層的技術(shù)實(shí)踐

劉偉

(大同煤礦集團(tuán)公司 安監(jiān)局， 山西 大同 037000)

0 引言

8311工作面位于三盤區(qū)西翼，走向NE-NW，傾向NW-NE，傾角2°～4°，工作面北部為8310工作面(未掘)，南部為8312工作面(待采)，東部為三盤區(qū)西翼盤區(qū)巷，西部隔40 m煤柱與挖金灣井田山4#層8201工作面相鄰。其工作面走向長(zhǎng)604.5～900.0 m，傾向長(zhǎng)228.0 m，煤厚3.2～3.6 m，采高3.6 m。工作面直接頂巖性為中粒砂巖、粉細(xì)砂巖、泥巖、砂質(zhì)泥巖、高嶺質(zhì)泥巖，厚度為2.88～11.32 m，易垮落；直接底巖性為高嶺質(zhì)泥巖、泥巖[1]?，F(xiàn)8311工作面推進(jìn)至頭采位236 m，尾采位229 m。截至目前工作面揭露四條斷層，其工作面原揭露一條F4正斷層、工作面新揭露兩條F7、F8正斷層及5311巷原揭露一條F1正斷層。4條斷層的具體參數(shù)如表1所示。

表1 工作面斷層揭露參數(shù)

根據(jù)盤區(qū)(輔運(yùn)、皮帶、回風(fēng))巷揭露的斷層情況及斷層走向、落差的變化情況推測(cè)，預(yù)計(jì)工作面采至610 m處，斷層落差為1.5～2.0 m，走向N105 °，傾向SW，傾角75 °。按照5311巷道揭露的F1斷層沿走向推測(cè)，F(xiàn)1和F4為一條斷層，F(xiàn)7、F8 斷層沿走向尖滅位置未知。F1、F4、F7、F8斷層推測(cè)情況如圖1所示。

圖1 斷層位置及走向推測(cè)平面

正?；夭善陂g，工作面通過F4(推斷與5311巷揭露F1為同一條斷層)、F7、F8共3條正斷層。其中，F(xiàn)4和F7兩條斷層的落差分別為1.6 m和1.4 m,對(duì)回采影響較大；F8斷層的落差較小，對(duì)回采影響小。F8斷層與F7斷層距離較近，在通過F7斷層時(shí)，適當(dāng)調(diào)整挑頂高度并延長(zhǎng)挑頂長(zhǎng)度，保證頂板平緩過渡，可以直接通過F8斷層，不予考慮。在回采期間，必須考慮工作面通過F4與F7兩條斷層時(shí)的情況，如圖2所示[2]。

由于過斷層時(shí)頂板破碎嚴(yán)重，出現(xiàn)液壓支架接頂不嚴(yán)的現(xiàn)象，造成工作面漏頂。因此，本文重點(diǎn)研究過斷層的技術(shù)措施。

1 過斷層技術(shù)措施

1) 當(dāng)工作面通過F7正斷層時(shí)，需要采煤機(jī)以5 °傾角截割斷層上盤頂板，如圖3中③區(qū)域頂板巖石，截割高度為0～1.4 m逐漸過渡(保證斷層區(qū)域頂板緩慢平整過渡，液壓支架接頂嚴(yán)密)，截割長(zhǎng)度約為16 m(截割長(zhǎng)度可適當(dāng)延長(zhǎng)，保證同時(shí)順利通過F8斷層)。采煤機(jī)截割上盤頂板時(shí)，相應(yīng)留設(shè)底煤，留設(shè)高度為0～1.4 m逐漸過渡,留設(shè)區(qū)域如圖3中 ④ 區(qū)域(保證工作面底板緩慢平整過渡，刮板輸送機(jī)平直)，留設(shè)長(zhǎng)度約為16 m，機(jī)組截割后保證斷層上盤頂板(底板)與下盤頂板(底板)平緩過渡[3]。

2) 工作面通過F4正斷層，當(dāng)F4斷層斷面位置

圖2 8311工作面過斷層切巷素描剖面

圖3 8311工作面過斷層切巷地質(zhì)剖面

距5311巷工作面幫≥18 m時(shí)，需要采煤機(jī)以5 °傾角截割斷層上盤頂板，截割高度為0～1.6 m逐漸過渡，截割區(qū)域如圖3中①區(qū)域(保證斷層區(qū)域頂板緩慢平整過渡，液壓支架接頂嚴(yán)密)，截割長(zhǎng)度約為18 m。在截割上盤頂板過程中，同時(shí)留設(shè)上盤底板，留設(shè)底板高度為0～1.6 m逐漸過渡，留設(shè)長(zhǎng)度約為18 m(保證工作面底板緩慢平整過渡，刮板輸送機(jī)平直)。機(jī)組截割后保證斷層上盤頂板(底板)與下盤頂板(底板)平緩過渡。

3) 工作面通過F4正斷層，當(dāng)F4正斷層斷面位置距5311巷工作面幫小于18 m時(shí)，如圖4所示，需要采煤機(jī)從5311巷工作面幫上肩角以5 °傾角截割斷層上盤頂板，截割高度為0～1.6 m逐漸過渡，截割頂板區(qū)域如圖5中 ① 區(qū)域，截割長(zhǎng)度0～18 m(保證斷層區(qū)域頂板緩慢平整過渡，液壓支架接頂嚴(yán)密，留設(shè)頂煤時(shí)需要及時(shí)拉架)。以5 °傾角留設(shè)下盤頂煤，頂煤留設(shè)位置如下圖5中 ② 區(qū)域，留設(shè)長(zhǎng)度約為0～18 m。在截割上盤頂板及留設(shè)下盤頂煤過程中，需同時(shí)截割斷層下盤底板，截割高度為0～1.6 m逐漸過渡，截割長(zhǎng)度約為0～18 m，截割區(qū)域如圖5中 ④ 區(qū)域(保證工作面底板緩慢平整過渡，刮板輸送機(jī)平直)。留設(shè)上盤底煤，留設(shè)高度為0～1.6 m，留設(shè)長(zhǎng)度為0～18 m，留設(shè)底煤區(qū)域如圖5中 ③ 區(qū)域。采煤機(jī)截割后保證斷層上盤頂板(底板)與下盤頂板(底板)平緩過渡。

圖4 8311工作面過斷層切巷地質(zhì)剖面

圖5 8311工作面過斷層切巷地質(zhì)素描、剖面

4) 由工作面回采工作向前推進(jìn)，F(xiàn)4斷層一直在逐漸向5311巷方向延伸，根據(jù)地質(zhì)科地質(zhì)預(yù)報(bào)分析，推斷F4與F1為同一條斷層。隨著工作面繼續(xù)向前推進(jìn)，工作面揭露F4斷層斷面會(huì)逐漸靠近5311巷，并從5311巷揭露。當(dāng)工作面推進(jìn)至5311巷采位243 m時(shí)，為保證5311巷端頭區(qū)域液壓支架與附近工作面液壓支架過渡平緩，工作面尾端頭附近區(qū)域需要以7 °仰角截割斷層上盤頂板，截割高度為0～0.8 m，截割累計(jì)長(zhǎng)度為7 m，如圖6中 ② 區(qū)域。留設(shè)上盤區(qū)域底板，留設(shè)累計(jì)長(zhǎng)度為7 m，留設(shè)高度為0～0.8 m，留設(shè)底板區(qū)域如圖6中④區(qū)域，留設(shè)后保證底板沿巷道走向平緩過渡。當(dāng)工作面推進(jìn)至5311巷采位250 m時(shí)，需要繼續(xù)以7 °仰角留設(shè)斷層下盤頂板，留設(shè)高度為0～0.8 m，留設(shè)累計(jì)長(zhǎng)度為2 m，留設(shè)區(qū)域如圖6中①區(qū)域，保證斷層區(qū)域頂板平緩過渡，支架仰角不超過7 °，接頂嚴(yán)密。同時(shí)，截割下盤底板，截割高度為0～0.2 m，截割累計(jì)長(zhǎng)度為2 m，截割區(qū)域如圖6中 ③ 區(qū)域，保證斷層斷面兩側(cè)頂?shù)装迤骄忂^渡。

圖6 5311巷巷道F4斷層揭露區(qū)域剖面

2 具體解決方法

2.1 強(qiáng)化現(xiàn)場(chǎng)管理，確保施工安全

1) 當(dāng)通過F7斷層時(shí)，注意挑頂高度與長(zhǎng)度，隨時(shí)注意觀察斷層區(qū)域附近液壓支架的工作狀態(tài)。在割煤過程中，及時(shí)拉移液壓支架，打開護(hù)壁板，液壓支架要保證與頂、底板垂直(左右歪斜角度不超過±5 °)，接頂嚴(yán)實(shí)，保證斷層附近液壓支架與其他液壓支架平穩(wěn)過渡，相鄰液壓支架間高度錯(cuò)差不超過支架側(cè)護(hù)板的2/3。

2) 當(dāng)通過F4斷層時(shí)，注意留設(shè)頂煤的高度與長(zhǎng)度，隨時(shí)注意觀察斷層區(qū)域附近液壓支架的工作狀態(tài)。在割煤過程中，及時(shí)拉移液壓支架，并打開護(hù)壁板，液壓支架要保證與頂、底板垂直(左右歪斜角度不超過±5 °)，并要接頂嚴(yán)實(shí)，保證斷層附近液壓支架與其他液壓支架平穩(wěn)過渡，相鄰液壓支架間高度錯(cuò)差不超過支架側(cè)護(hù)板的2/3。如果通過F4斷層時(shí)頂煤留設(shè)較為困難，需要及時(shí)在此區(qū)域頂板注高分子頂板膠結(jié)劑，以保證頂板的完整性，確保液壓支架接頂嚴(yán)密，平緩過渡。

3) 過斷層期間采煤機(jī)采用高強(qiáng)度截齒，在采煤機(jī)截割斷層上盤頂板及下盤底板時(shí)，要放慢牽引速度，保證采煤機(jī)截割速度不超過3 m/min，防止采煤機(jī)因速度過快損壞齒座和機(jī)械傳動(dòng)部位。采煤機(jī)通過斷層區(qū)域后，要及時(shí)檢查滾筒截齒及齒靴磨損情況，有磨損的截齒、齒靴要及時(shí)更換。

4) 當(dāng)斷層區(qū)域頂板破碎或煤壁片幫嚴(yán)重時(shí)，則采用帶壓擦頂移架的方式及時(shí)移架，必要時(shí)采用提前拉架的方式維護(hù)頂板，以減少端面距及梁端頂板的空頂時(shí)間，液壓支架頂梁要升牢、升緊。工作面在回采過斷層期間，在斷層區(qū)域內(nèi)留設(shè)少量頂煤和底煤，其他回采區(qū)域采用見頂見底進(jìn)行回采，嚴(yán)禁留設(shè)頂、底煤。

2.2 強(qiáng)化頂板維護(hù)

1) 在工作面過斷層期間，采煤機(jī)司機(jī)認(rèn)真觀察每刀斷層變化，根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整斷層附近區(qū)域工作面起伏狀況。在過斷層期間，若斷層區(qū)域頂板破碎嚴(yán)重，需在頂板破碎區(qū)域注高分子頂板膠結(jié)劑，保證工作面頂板完整。在破碎區(qū)域采煤幫距頂板1.5 m處，斜向上與頂板夾角為45 °，孔深、孔距可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況注射高分子頂板膠結(jié)劑。

2) 為減少每刀破巖量和工作面刮板運(yùn)輸機(jī)推移困難，在過斷層期間，采煤機(jī)逐步截割上盤頂板與下盤底板巖石，每刀挑頂、臥底量不超過100 mm。當(dāng)F7斷層區(qū)域上盤頂板截割高度與斷層下盤底板齊平時(shí)，停止挑頂，且挑頂截割后上盤頂板與下盤底板齊平。當(dāng)F4斷層區(qū)域下盤底煤較難留設(shè)時(shí)，在該區(qū)域注入高分子頂板膠結(jié)劑，強(qiáng)化頂板維護(hù)。

3) 每割完一刀煤，則應(yīng)及時(shí)移架，因液壓支架少降立柱、擦頂前移，為了保證頂板完整，支架間距需均勻，不得出現(xiàn)擠架、咬架現(xiàn)象。液壓支架初撐力達(dá)到25.1 MPa以上，泵站壓力達(dá)到額定壓力31.4 MPa，液壓支架接頂嚴(yán)實(shí)。在過斷層期間，破巖段與留設(shè)煤頂區(qū)域盡量降低采高(2.5～2.6 m)，以保證采煤機(jī)過煤高度能最大限度地減少破頂量和破底量，防止頂煤塌落致使液壓支架不接頂[4]。

4) 5311巷采位在251～271 m范圍內(nèi)，部分區(qū)域巷道高度達(dá)到3.8～4.0 m之間，超出工作面現(xiàn)有單體液壓支柱支護(hù)高度。當(dāng)尾超前支護(hù)到達(dá)該區(qū)域時(shí)，根據(jù)實(shí)際情況更換支設(shè)高度為4.5 m單體液壓支柱，上齊防倒和防墜裝置，以保證初撐力達(dá)到90 kN以上。當(dāng)進(jìn)入巷道部分尾端頭液壓支架在推進(jìn)至5311巷采位251～271 m時(shí)，必須提前在該區(qū)域液壓支架頂梁上方鋪設(shè)1～3層道木，以保證液壓支架在超高巷道區(qū)域接頂嚴(yán)實(shí)，并保證液壓支架初撐力不小于25.1 MPa。

5) 在過斷層期間，及時(shí)回收頭、尾巷巷道支護(hù)材料，最大限度卸載工作面三角區(qū)域壓力，但在5311巷揭露的F1斷層前后10 m范圍嚴(yán)禁回收巷道支護(hù)材料，保證巷道在過斷層時(shí)的支護(hù)效果。嚴(yán)控工作面刮板輸送機(jī)上竄下滑現(xiàn)象。若發(fā)現(xiàn)有上竄下滑跡象，則及時(shí)匯報(bào)隊(duì)值班室并進(jìn)行調(diào)整。如果在5311巷斷層揭露區(qū)域出現(xiàn)頂板破碎、下沉等現(xiàn)象，需加強(qiáng)該區(qū)域頂板支護(hù)強(qiáng)度，可采取增加點(diǎn)柱或搭設(shè)錨索吊棚等支護(hù)方式加強(qiáng)該區(qū)域頂板支護(hù)[5]。

3 結(jié)論

正確選擇回采工作面的過斷層采煤方法，即具體針對(duì)斷層特性和落差設(shè)計(jì)不同的技術(shù)措施和安全措施，并采取多種手段，才能保證回采工作面過斷層安全順利。