綜采面快速過斷層群的技術(shù)研究

李 鴻

(汾西礦業(yè)宜興煤業(yè)，山西 孝義 032300)

斷層是煤炭生產(chǎn)過程中常遇地質(zhì)構(gòu)造，當斷層落差較大時一般會給采煤工作面的正常開采帶來不利影響，并制約回采工作面推進速度，影響生產(chǎn)安全[1]。同時，由于斷層影響，斷層帶附近煤巖體破碎、部分區(qū)域內(nèi)構(gòu)造應力、瓦斯等出現(xiàn)集聚，給回采工作面帶來頂板冒落、煤壁片幫、瓦斯涌出異常等問題[2-3]。本文以山西某礦2303綜采工作面煤炭開采為工程背景，對采面連續(xù)過斷層群技術(shù)展開研究，以期能為其他礦井遇到類似地質(zhì)構(gòu)造回采問題提供一定借鑒。

1 工程概述

2303采煤工作面位于礦井2盤區(qū)，平均埋深560 m，主采3#煤，煤厚3.9 m～7.8 m，平均6.1 m，采用綜采方式開采，全部垮落法管理頂板，3#煤頂?shù)装鍘r性見圖1?；夭晒ぷ髅嬖O(shè)計開采長度1 250 m，切眼傾斜長度276 m。由于回采工作面位于一背斜區(qū)域，采面煤層呈現(xiàn)出東北高、西南低趨勢，煤層傾角范圍在2°～6°，平均4°，為近水平煤層。在采面距離切眼500 m處發(fā)育有多個小型背斜、向斜?；夭煞秶鷥?nèi)煤層瓦斯原始含量為10.6 m3/t，絕對瓦斯涌出量為28.69 m3/min。

2 采面內(nèi)斷層發(fā)育情況

2.1 回采巷道掘進揭露斷層情況

2303綜采工作面回采巷道掘進過程中會揭露部分開采范圍內(nèi)發(fā)育斷層，掌握揭露的斷層在回采工作面的發(fā)育形態(tài)以及斷層帶附近的煤、巖層破碎情況，從而可以為后續(xù)的回采工作面過斷層措施制定提供參考。2303回風巷掘進過程中揭露DF32斷層，進風巷在掘進過程中揭露DF41、DF102斷層。

圖1 3#煤頂?shù)装鍘r性

2.2 物探探測

為了準確掌握回采巷道揭露的DF32、DF41以及DF102斷層在回采空間內(nèi)的發(fā)育情況，采用WKT無線坑透儀對開采范圍內(nèi)的斷層延伸情況進行探測。根據(jù)回采巷道揭露斷層以及物探探測到的斷層發(fā)育情況，得到斷層在回采工作面內(nèi)的發(fā)育情況，具體見第98頁圖2。

回采工作面開采推進至450 m位置時會進入到坑透探測到的異常區(qū)，推進至480.2 m左右時揭露DF32斷層(H=1.2 m～4.8 m，263°∠30°)、推進至550.3 m左右時揭露DF41斷層(H=0.8 m～3.2 m，251°∠68°)、推進至620.8 m左右時揭露DF102斷層(H=2.6 m～5.2 m，211°∠69°)。

圖2 采面內(nèi)斷層發(fā)育情況

3 綜采工作面過斷層群技術(shù)

2303綜采工作面在推進至480 m～620 m間連續(xù)揭露3條斷層，給采面生產(chǎn)安全帶來不利影響，以采面推進過DF32斷層(H=1.2 m～2.8 m，263°∠57°)為例，對采面過斷層群技術(shù)進行分析。

3.1 采高控制

當2303綜采工作面推進至DF32影響區(qū)域前20 m就調(diào)整采面采高，將回采高度由6.0 m降低至4.5 m，在回采過程中采面沿著煤層底板回采。在斷層影響區(qū)域以及兩側(cè)正常區(qū)域采高應平緩過渡，從而確?；夭晒ぷ髅孢^斷層上、下盤時頂?shù)装迤街薄?/p>

3.2 留底煤、割頂煤過斷層

根據(jù)無線電坑透結(jié)果，在2303采面回采推進至480.2 m時會揭露DF32斷層(逆斷層)。設(shè)定斷層落差值為H、斷層傾角值為α，當2303綜采工作面從上盤向下盤回采過程中頂、底與斷層面間距分別為L1、L2，采面開始以一定傾角γ(文中取值30°)進行仰斜開采。具體的L1、L2可以通過式(1)、式(2)計算[4-5]。

L1=L2+m·tan(90°-α)

(1)

(2)

式中：h表示斷層落差，m；α表示斷層傾角，(°)；m表示采高，m。帶入采面以及斷層參數(shù)，得到L1、L2分別為11.84 m、9.24 m。

當回采工作面推進至頂?shù)装迮c斷層界面間距11.84m、9.24m時，調(diào)整回采工作面開采角度，通過割底煤、留頂煤方式通過該斷層，具體見圖3。

圖3 采面過DF32斷層示意圖

在回采工作面過斷層割矸石時，應強化對采煤機噴霧除塵裝置檢查，并與灑水管路連接完好，對采煤機割矸區(qū)域噴霧，降低粉塵產(chǎn)生量，改善作業(yè)點環(huán)境，使得回采工作面可以順利、安全通過斷層。

3.3 頂板管理

由于受到斷層影響，采面頂?shù)装逡约懊簩恿严栋l(fā)育、破碎，在過斷層期間容易出現(xiàn)頂板冒落、煤壁片幫等安全事故，應強化對頂板管理。在2303綜采工作面過斷層期間，根據(jù)采面綜采設(shè)備實際情況，采取的頂板管理措施具體為：1) 綜采支架工作阻力必須達到預先設(shè)定的初撐力(24 MPa),當超前支架具備拉出條件時應全部拉出，當煤壁片幫深度超過1.0 m時液壓支架的前探梁必須全部伸出，必要時應降低回采工作面采高。在采面推進回采過程中，應加強質(zhì)量監(jiān)督管理，確保采煤機液壓支架的平直度以及工作阻力[6]。

2) 為避免回采工作面過斷層期間出現(xiàn)冒頂事故，根據(jù)采面頂板來壓情況以及巖層破碎情況，可以在機頭、機尾三角區(qū)內(nèi)采用注漿加固措施，提高頂板巖層穩(wěn)定性。在采面推進過程中應根據(jù)生產(chǎn)需要，對斷層影響區(qū)域內(nèi)破碎煤體進行加固注漿。

3.4 瓦斯防治措施

由于在斷層影響附近，構(gòu)造應力集中，同時開采的3號煤層本身瓦斯含量較高，因此，采用定向液壓鉆進對采面煤層群(DF32、DF41、DF102)發(fā)育范圍進行全覆蓋鉆探，并采用普通回轉(zhuǎn)鉆進在進、回風巷內(nèi)布置順層瓦斯抽采鉆孔進行瓦斯抽采。確保在斷層群影響范圍內(nèi)無瓦斯抽采空白帶，為回采工作面過斷層創(chuàng)造良好的環(huán)境。

4 應用效果分析

2303綜采工作面從推進至480.2 m～635 m范圍內(nèi)連續(xù)揭露斷層，斷層影響區(qū)共計約155 m。綜采工作面采取文中提出的過斷層技術(shù)措施后，日均回采推進進尺保持在3.3 m，耗時55 d推進過斷層群。在工作面過斷層群期間，頂板未出現(xiàn)冒落事故，僅在局部范圍內(nèi)煤壁出現(xiàn)小范圍片幫(片幫深度在0.5 m以內(nèi))。整個采面過斷層期間瓦斯涌出正常，未有瓦斯動力顯現(xiàn)發(fā)生。

采面采用過斷層技術(shù)措施較采用調(diào)采方式可增加煤炭開采量約30萬t，減少新掘巷道、綜采設(shè)備回撤以及安裝等費用約600萬元，經(jīng)濟效益以及安全效益顯著。

5 結(jié)語

2303綜采工作面內(nèi)發(fā)育的斷層給回采工作面正常生產(chǎn)帶來顯著的不利影響，若對斷層影響區(qū)采用跳采方式，雖然可以降低瓦斯、構(gòu)造應力等不利因素對采面生產(chǎn)影響，但是卻存在資源浪費，影響礦井生產(chǎn)效益等。在回采工作面采取留頂板、割底煤過斷層方式通過斷層群，并通過控制采高、強化頂板管理以及強化斷層群影響范圍內(nèi)瓦斯抽采等技術(shù)措施，使得回采工作面在過斷層群期間保持3.3 m/d的回采速度，耗時55 d推進過斷層群，取得顯著的應用效果。