大采高綜采工作面過斷層開采技術(shù)探究

摘要：對過斷層開采技術(shù)的應(yīng)用，可顯著提高大采高綜采工作面的開采效益。結(jié)合煤礦工程概況，分析了大采高綜采工作面過斷層開采技術(shù)的應(yīng)用背景，提出了大采高綜采工作面過斷層開采工藝，經(jīng)實踐，大采高綜采工作面過斷層開采技術(shù)的應(yīng)用取得顯著成效，期望給大采高綜采工作面過斷層開采提供一些技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：煤礦大采高綜采工作面開采工藝過斷層

中圖分類號：TD823

ExplorationofCrossingFaultMiningTechnologyforLargeMiningHeightFully-MechanizedFace

FUQingsongCHUFengLIUJiyang

JiangzhuangCoalMineofZaozhuangMining（Group）Co.，Ltd.，Zaozhuang，ShandongProvince，277519China

Abstract：TheapplicationofCrossingFaultMiningtechnologycansignificantlyimprovetheminingefficiencyoflargeminingheightfully-mechanizedminingfaces.Thisarticlecombinestheoverviewofcoalminingengineering，analyzestheapplicationbackgroundofCrossingFaultMiningtechnologyinlargeminingheightfully-mechanizedfaces，andproposestheCrossingFaultminingtechnologyinlargeminingheightfully-mechanizedfaces.Throughpractice，theapplicationofCrossingFaultMiningtechnologyinlargeminingheightfully-mechanizedfaceshasachievedsignificantresults，hopingtoprovidesometechnicalreferencesforCrossingFaultMininginlargeminingheightfully-mechanizedfaces.

KeyWords：Coalmines;Largeminingheight;Fully-mechanizedminingface;Miningprocess;Crossingfault

在我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展過程中，煤炭與現(xiàn)代工業(yè)、農(nóng)業(yè)建立了日益緊密的關(guān)系，以煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)在短期內(nèi)仍然無法改變。近幾年，我國愈發(fā)關(guān)注煤炭行業(yè)的健康發(fā)展，綜采工作面開采技術(shù)不斷升級。大采高綜采工作面過斷層開采技術(shù)是其中之一，科學(xué)利用過斷層開采技術(shù)，可以突破復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造局限，實現(xiàn)高速機(jī)械化開采。因此，探究大采高綜采工作面過斷層技術(shù)的應(yīng)用具有非常突出的現(xiàn)實意義。

1大采高綜采工作面過斷層開采工程概況

某煤田局部厚度超出6.5m，煤田主采煤層厚度為4.9～9.1m，變化幅度較大，中間夾雜矸石，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。13-1綜采工作面標(biāo)高為-623.2～-632.25m，地面標(biāo)高+16.8～+21.3m，工作面走向長度為1312～1356m，傾斜長168m，面積為223621m2，煤層傾角為4.8°～12.6°，煤層可開采儲量為1525362t。

13-1綜采工作面煤層賦存波動不大，上部煤主要為塊狀、片狀，下部煤主要為粉末狀，突出危險區(qū)煤變異系數(shù)為10.8%，煤層普氏系數(shù)為0.35～1.5。工作面直接頂?shù)装逄卣魅绫?所示。

13-1綜采工作面地質(zhì)條件高度復(fù)雜，掘進(jìn)期間揭露12條斷層，初采過異常區(qū)，切眼揭露5條斷層，最大走向影響長度418m。切眼揭露斷層落差為0.1～3.8m，最大傾向影響長度85m。

2大采高綜采工作面過斷層開采工藝

如圖1所示，在大采高13-1綜采工作面開采時，過斷層面易形成不均勻應(yīng)力分布，在工作面多區(qū)域顯現(xiàn)礦壓不一，加劇工作面底板、支架、頂板系統(tǒng)失穩(wěn)狀態(tài)，引發(fā)工作面災(zāi)難性事故?；诖?，綜合考慮斷層落差、煤層厚度、斷層破碎帶位置巖石硬度、綜采配套最小工作高度、煤層傾角、綜采面推進(jìn)方向等因素，采用臥底過斷層并回采斷層帶后煤層，避免斷層帶區(qū)域巖體強(qiáng)度整體性下降引發(fā)問題。臥底過斷層期間，為防止液壓支架在自重作用下失穩(wěn)，對斷層帶破碎區(qū)域進(jìn)行注漿加固，并在應(yīng)力集中區(qū)鋪設(shè)雙層金屬網(wǎng)，實現(xiàn)全封閉管理[1]。

2.1斷層加固

在大采高綜采工作面支架支護(hù)中，頂板破碎、冒空程度對支架和頂板之間摩擦因素具有直接影響，需對斷層進(jìn)行加固[2]。一方面，對于因構(gòu)造應(yīng)力干擾引發(fā)工作面頂板、煤壁破碎區(qū)域，借助礦用無線電波透射儀，選擇距離運(yùn)輸巷50m位置發(fā)射，開展定點(diǎn)探測。探測頻率為0.5MHz，回風(fēng)巷探測相鄰測點(diǎn)之間距離為10m，確定異常影響面積。進(jìn)而利用注漿加固技術(shù)，選擇雙組分合成高分子聚亞胺樹脂材料“瑪麗散”作為注漿材料，將注漿材料注入工作面破碎煤壁、破碎頂板巖層，全部充填裂隙，固結(jié)破碎煤層、巖層。注漿加固節(jié)點(diǎn)為工作面距離斷層面20m，雙排布置注漿孔，第一排注漿孔位于綜采工作面上部，與頂板相距0.65m，鉆孔方向與水平位置呈14.2°仰角，注漿孔穿越煤層深入頂板巖；第二排鉆孔位于工作面前方煤壁，與底板相距1.8m，鉆孔方向與水平位置呈4.5°仰角。注漿孔深度6.0m，孔徑超出42mm，注漿方式為長短孔兩側(cè)中部工作面注漿，單孔注漿量300kg，注漿壓力（11±1）MPa，封孔位置與孔口相距1.7～1.8m。

另一方面，根據(jù)液壓支架受力情況，面對地質(zhì)構(gòu)造帶、破碎頂板、開采高度超出4.0m的工作面頂板，鋪設(shè)5.0m×1.0m菱形編制孔金屬網(wǎng)，加劇支架、頂板之間摩擦因數(shù)。金屬網(wǎng)為礦用10#菱形網(wǎng)，借助10#鐵絲綁扎，雙層鋪設(shè)至煤壁，控制冒頂。同時為規(guī)避移架期間液壓支架傾倒，將防倒裝置連接座設(shè)置到支架頂梁位置，實現(xiàn)帶壓擦頂移架。

2.2臥底過斷層

在臥底過斷層前，根據(jù)回采方向，由下盤出發(fā)，借助采煤機(jī)正規(guī)循環(huán)模式，截割斷層上盤頂部。在開采線進(jìn)入煤壁破碎帶，借助臺階式采煤方式，經(jīng)采煤機(jī)下行割底煤，割底煤期間前滾筒順頂板割頂煤，后滾筒不沿底板割煤。過斷層進(jìn)入上盤期間，將割煤方式轉(zhuǎn)換為“臥三刀，平三刀”方式，拉底量為每刀55～80mm，前方推進(jìn)角度為2.8°俯角?；夭沙跗?，選擇距離運(yùn)輸巷道150m位置起坡，割煤角度為2°起坡角，斜長為33～48m。起坡割煤期間，調(diào)整頂?shù)?，貫徹緩慢過渡原則，限定滾筒變化幅度小于200mm。確保頂?shù)蹲邉?、推進(jìn)方向頂板走勢相符后，調(diào)整底刀。在采煤機(jī)牽引狀態(tài)下，將首個變坡點(diǎn)過渡斜長調(diào)整為8～9m，調(diào)整角度為3°，幅度為330mm；對于后續(xù)邊坡點(diǎn)，沿用首個變坡點(diǎn)過渡斜長，預(yù)先留底煤（250±50）mm。

在工作面向前推進(jìn)揭露基本頂后，根據(jù)局部基本頂厚度大（0.1～8.6m）的特點(diǎn)，利用松動爆破代替采煤機(jī)直接截割，弱化巖層，提高工作效率。為保證煤層頂板結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，選擇傳爆能力強(qiáng)、安全性能高的煤礦需用三級水膠炸藥（32mm×450mm），搭配煤礦需用毫秒延期電雷管1～5段，人工串聯(lián)。炮孔選擇氣腿式巖石風(fēng)動鑿巖機(jī)，鑿孔3.0m，單排布置，相鄰炮孔之間距離為0.8m，與工作面垂直，裝藥300g（裝藥系數(shù)小于0.6），利用黏土炮泥封孔（封孔系數(shù)小于0.4），在炮孔0.4m范圍內(nèi)，利用1個放炮器自下而上起爆10～15個，松動巖石，為采煤機(jī)直接切割過煤層提供良好條件[3]。

2.3三機(jī)聯(lián)合穩(wěn)定性控制

在大采高綜采工作面中采煤機(jī)、液壓支架、刮板輸送機(jī)在工作面回采中不穩(wěn)定風(fēng)險較大。

13-1綜采工作面回采期間，根據(jù)工作面布置方式，刮板輸送機(jī)下滑趨勢顯著，給予支架底座斜向下作用力，并協(xié)同液壓支架自重合力推移液壓支架，致使液壓支架與底座中心偏移，埋下整體失穩(wěn)事故隱患。因此，以機(jī)尾超前機(jī)頭距離超出設(shè)計距離為節(jié)點(diǎn)，將1組防滑千斤頂增設(shè)到10架液壓支架底座、刮板輸送機(jī)位置，借助鏈條連接，提高綜采工作面采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)、液壓支架的整體抗滑動能力。

13-1綜采工作面液壓支架采用φ20×2400mm螺紋鋼頂錨桿+φ20×1800mm螺紋鋼幫錨桿+φ21.6×6300mm鋼絞線錨索+φ16圓鋼頂托架+φ10圓鋼棒托架。在工作面移動液壓支架過程中，利用機(jī)尾向機(jī)頭單向移動方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)跟機(jī)移動支架方式，借助支架側(cè)向防護(hù)板及時調(diào)整支架方向。對于綜采工作面機(jī)頭前方3架液壓支架，先移動端頭第2架，充分借助防倒防滑設(shè)施，確定液壓支架頂梁、頂板穩(wěn)固接觸，再移動第1架，操作與第4架相連的防倒滑千斤頂、第3架相連的頂梁防倒滑裝置。最后借助與端頭第2架一致的手段，進(jìn)行第3架液壓支架移動。期間以第1架液壓支架為重點(diǎn)監(jiān)控對象，觀測液壓支架位置，確保液壓支架在綜采工作面作業(yè)期間無向上竄動或向下滑動現(xiàn)象[4]。

3工作面過斷層開采技術(shù)應(yīng)用效果

3.1注漿效果

綜采工作面中，大采高、過斷層疊加致使煤層開采難度加劇，安全隱患增多。前期斷裂作用區(qū)煤巖體破碎、穩(wěn)定性不佳，致使13-1綜采工作面支座之間出現(xiàn)程度不一漏頂現(xiàn)象，支座工作阻力與設(shè)計要求偏差過大，初期支撐力顯著低于標(biāo)準(zhǔn)水平。最終導(dǎo)致支座、頂板之間接觸不佳，伴隨擠壓反應(yīng)，對支撐運(yùn)動與整體開采作業(yè)安全造成負(fù)面影響。應(yīng)用工作面過斷層技術(shù)后，借助瑪麗散漿料對崩落區(qū)域進(jìn)行填充，單個液壓支架移動速度最快為11s，平均移動速度6.6m/min，滿足采煤機(jī)正常割煤要求[5]。同時利用液壓支架維護(hù)工作面頂板，配合斷層加固，斷層抗壓能力在26～39MPa之間（如表2所示）。

由表2可知，注漿前后斷層影響區(qū)液壓支架工作壓力顯著提升，表明利用瑪麗散漿料對崩落區(qū)域進(jìn)行處理，可以改善斷裂區(qū)域煤巖力學(xué)性能，滿足試開采期間最大支護(hù)阻力控制要求，從源頭規(guī)避后期開采期間出現(xiàn)偏幫、突頂問題。同時放頂后工作面支撐壓力呈現(xiàn)中間大、兩邊小的特點(diǎn)，活柱下縮量顯著下降，中部出現(xiàn)工作面煤壁片幫，但片幫深度小于0.3m，控頂區(qū)頂板完好，工作煤層強(qiáng)度、頂板穩(wěn)定性顯著提升，未出現(xiàn)頂板事故。

3.2開采效果

13-1綜采工作面經(jīng)臥底法安全過斷層，大頂板冒落問題發(fā)生率為0%。開采期間，支架姿態(tài)良好，工作面上支架無傾斜，取得良好過斷層效果，節(jié)省了大量生產(chǎn)成本。過斷層期間，生產(chǎn)原煤72512.8t，按1t原煤價格474元計算，獲得毛利潤約3437.11萬元，減去過斷層期間材料消耗成本費(fèi)用369.25萬元、人工費(fèi)用成本300萬元，共獲得凈利潤2767.86萬元。表明大采高綜采工作面過斷層開采應(yīng)用效果良好。

4結(jié)語

綜上所述，大采高綜采工作面過斷層風(fēng)險因素較多，易出現(xiàn)支架失穩(wěn)、頂板垮落問題。在前期探測風(fēng)險影響區(qū)的情況下，可以預(yù)先利用注漿加固技術(shù)、雙層金屬網(wǎng)鋪設(shè)技術(shù)，進(jìn)行斷層加固。在斷層加固狀態(tài)下，科學(xué)制定臥底過斷層參數(shù)，并加強(qiáng)三機(jī)聯(lián)合穩(wěn)定性控制，確保大采高綜采工作面安全、高效過斷層。

參考文獻(xiàn)

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