楊建國(guó),劉維新,高潔

(1.兗礦集團(tuán)濟(jì)寧二號(hào)煤礦,山東 濟(jì)寧 272072;2.兗礦集團(tuán)地質(zhì)測(cè)量部,山東 鄒城 273500)

4305(北)綜采工作面精細(xì)化過(guò)斷層技術(shù)研究

楊建國(guó)1,劉維新1,高潔2

(1.兗礦集團(tuán)濟(jì)寧二號(hào)煤礦,山東 濟(jì)寧 272072;2.兗礦集團(tuán)地質(zhì)測(cè)量部,山東 鄒城 273500)

該文研究了常用的幾種過(guò)斷層方案,本著精細(xì)化過(guò)斷層的原則并結(jié)合工作面實(shí)際地質(zhì)變化情況,對(duì)4305(北)綜采工作面過(guò)層實(shí)施了“順斷層偽傾角控制坡度—優(yōu)化機(jī)械破巖工藝—機(jī)械破巖和爆破相結(jié)合”的過(guò)斷層綜合成套工藝,根據(jù)工作面內(nèi)斷層的變化情況及時(shí)采取合適的通過(guò)措施,保證了回采速度,減少了煤炭資源損失,有效控制了設(shè)備的事故率,保證了安全生產(chǎn)。

煤礦;斷層;坡度控制;采高;機(jī)械破巖;爆破;效益

濟(jì)寧二號(hào)煤礦設(shè)計(jì)年生產(chǎn)能力400萬(wàn) t,于1997年11月8日建成投產(chǎn),礦井地質(zhì)條件復(fù)雜,煤層賦存不穩(wěn)定,最顯著的特點(diǎn)是斷層發(fā)育。自投產(chǎn)至今開(kāi)采了54個(gè)工作面,開(kāi)采面積8.3 km2,揭露斷層1 229條,其中落差4.0 m以上的斷層96條,占工作面揭露斷層條數(shù)的7.8%,可見(jiàn)斷層是影響工作面生產(chǎn)的重要地質(zhì)因素之一。過(guò)斷層方法和工藝選擇是綜采工作面生產(chǎn)的關(guān)鍵所在。4305(北)工作面在過(guò)斷層中,根據(jù)工作面地質(zhì)條件,斷層情況以及設(shè)備性能制定了切合實(shí)際的過(guò)斷層方案,并進(jìn)行實(shí)施,取得了良好效果。

1 斷層及地質(zhì)概況

4305(北)工作面位于礦井北翼四采區(qū)東北部,煤層傾角 3°～20°,平均傾角 8°。煤厚 0.4～3.0 m,平均煤厚2.25m。工作面傾向長(zhǎng)156.35m,走向長(zhǎng)552.07m;局部有厚0.5 m左右的泥巖偽頂,灰黑色,含植物化石碎片,性軟易冒落。老頂為厚5.30～10.72 m的中細(xì)砂巖,灰白色,成分以長(zhǎng)石、石英為主,層理發(fā)育,鈣泥質(zhì)膠結(jié),局部含有粉砂巖條帶,巖性堅(jiān)硬;煤層底板為泥巖,具膨脹性。工作面回采過(guò)程中主要經(jīng)過(guò)等5條斷層。最為突出的就是工作面推進(jìn)至33#點(diǎn)時(shí)從運(yùn)順開(kāi)始揭露的(H=4 m)斷層,物探資料提供該斷層落差為 H=0～7 m,預(yù)計(jì)向面內(nèi)延伸約200 m。該文就是以過(guò)斷層實(shí)例進(jìn)行分析介紹。

2 過(guò)斷層工藝選擇

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[1]。過(guò)斷層的難易程度不僅與斷層落差、傾向、傾角、位置有關(guān),還與煤層厚度、傾角、頂?shù)装鍡l件、生產(chǎn)條件(割煤高度、推進(jìn)速度等)諸多因素相關(guān)[2]。根據(jù)物探資料和工作面運(yùn)輸順槽實(shí)際揭露斷層特征狀況,初步斷定過(guò)斷層將對(duì)工作面的回采速度,頂板管理產(chǎn)生很大影響,同時(shí)在資源回收,安全管理和設(shè)備維護(hù)等工作上也提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。因此最終提出了采取綜合方案過(guò)斷層的總體指導(dǎo)思路,并通過(guò)對(duì)過(guò)斷層通常用的幾種方法的分析來(lái)確定最終方案。

2.1 過(guò)斷層一般方案

根據(jù)斷層的性質(zhì)、大小、方向、影響范圍以及斷層區(qū)域頂?shù)装鍘r性,結(jié)合設(shè)備的性能,過(guò)斷層原則是通過(guò)控制斷層區(qū)提臥刀幅度、坡度、采高及破矸位置,最大限度地減少破矸石量,最大限度提高回采率,最大限度減少設(shè)備損壞。主要方法有調(diào)整采高法、煤機(jī)強(qiáng)行截割圍巖法、放松動(dòng)炮挑頂起底法和采用預(yù)掏導(dǎo)硐的方法。

為順利通過(guò)斷層,在垂直工作面推進(jìn)方向上每隔20 m作一剖面,將斷層在工作面內(nèi)影響情況進(jìn)行了預(yù)測(cè)和深入細(xì)致的分析,并參照有關(guān)文獻(xiàn)資料以及以往過(guò)斷層的方案,制定了“順斷層偽傾角控制坡度—優(yōu)化機(jī)械破巖工藝—機(jī)械破巖和爆破相結(jié)合”的過(guò)斷層綜合成套工藝。首先根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)斷層傾角情況及時(shí)調(diào)整留槽的坡度,讓留槽傾角盡量接近斷層偽傾角,其次隨斷層落差變化以及煤層底板巖石較頂板巖石軟的特點(diǎn)調(diào)整采高,盡量割底板巖石,少割頂板巖石,斷層落差較大段需要割頂板巖石時(shí),采取爆破的方法。

圖1 斷層預(yù)測(cè)平面圖

圖2 斷層預(yù)測(cè)剖面圖

2.3 過(guò)斷層具體方案

(1)坡度控制

根據(jù)斷層的發(fā)育情況(斷層面傾角為30°左右)及設(shè)備配套情況做出分析,4305(北)工作面采用走向長(zhǎng)壁開(kāi)采[3],工作面支架選用 ZY6200/13.5/28型液壓支架,采煤機(jī)選用可調(diào)高雙滾筒電牽引SL 300型采煤機(jī),運(yùn)輸機(jī)選用SGZ960/1050型中雙鏈可彎曲刮板運(yùn)輸機(jī),乳化液泵選用 GRB-315/31.5型。工作面在斷層處的傾角與斷層面的傾角越接近割矸量就會(huì)越少,且斷層下盤(pán)丟失頂煤量和斷層上盤(pán)丟失底煤量越少。根據(jù)斷層的傾角,工作面在斷層面處控制的傾向角度為20°,為確保斷層面處工作面坡度達(dá)到20°,根據(jù)斷層上盤(pán)煤層較薄(1.3～2.0m)的情況,上盤(pán)煤層在距離斷層面4組支架就適當(dāng)加大坡度,并且可以適當(dāng)降低采高,不會(huì)影響煤機(jī)正常通過(guò)下變坡點(diǎn),且能確保設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

(2)強(qiáng)行割矸

根據(jù)斷層產(chǎn)狀和落差情況,預(yù)計(jì)工作面內(nèi)割全巖長(zhǎng)度長(zhǎng)達(dá)20 m,煤層頂板為中細(xì)砂巖,底板為泥巖,底板和頂板相比,底板相對(duì)較軟。割全巖段在保證過(guò)機(jī)高度(2.0 m以上)的前提下盡量控制采高,會(huì)有效控制割煤層頂板中細(xì)砂巖的長(zhǎng)度和高度,最大限度地減少割頂量。又因工作面為俯采,為避免煤層傾角和斷層落差突然出現(xiàn)變化,在工作面推進(jìn)時(shí),保持剎刀角度大于煤層的俯角,工作面下變坡處采高控制在2.3m左右,上變坡處按設(shè)計(jì)采高推進(jìn)。

(3)爆破

由于煤層頂板巖石中細(xì)砂巖,硬度較大,煤機(jī)通過(guò)困難,因而采取放松動(dòng)炮的方式通過(guò),合理布置炮眼及爆破參數(shù),優(yōu)化爆破工藝和勞動(dòng)組織,井下各班保證有2～3部風(fēng)鉆同時(shí)打眼,并采用2 m長(zhǎng)的風(fēng)鉆釬子,保證打眼深度不小于1.6 m,保證打眼速度和爆破質(zhì)量,一次爆破能確保兩排割煤進(jìn)度,有效地保證了回采速度。

3 綜合分析

4305(北)工作面于2008年5月28日開(kāi)始回采,2008年12月5日停采,F40502斷層在面內(nèi)延伸長(zhǎng)度240 m,影響回采長(zhǎng)度200 m,工作面內(nèi)實(shí)際揭露斷層最大落差7.8 m,歷時(shí)3個(gè)月安全順利通過(guò)該斷層。通過(guò)分析,認(rèn)為能夠確保4305(北)工作面順利通過(guò)斷層主要因素有以下幾個(gè)方面:

(2)根據(jù)該斷層在面內(nèi)的延伸長(zhǎng)度和落差情況每間隔20m作了9條預(yù)測(cè)剖面,對(duì)斷層在工作面內(nèi)的影響情況進(jìn)行了分析預(yù)測(cè),為確定過(guò)斷層方案提供了基礎(chǔ)資料。

(3)根據(jù)上述基本情況和工作面使用的綜采設(shè)備性能制定了一套切合地質(zhì)條件的過(guò)斷層的綜合開(kāi)采方案。

(5)實(shí)際工作面過(guò)斷層中能夠按照過(guò)斷層開(kāi)采方案和安全技術(shù)措施執(zhí)行。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)綜采工作面通過(guò)過(guò)斷層的方法,取決于斷層的落差、煤層的厚度、綜采設(shè)備的最小工作高度、斷層處的巖石硬度、綜采工作面推進(jìn)方向及煤層的傾角等[4]。4305(北)工作面過(guò)斷層期間采取的“順斷層偽傾角控制坡度—優(yōu)化機(jī)械破巖工藝—機(jī)械破巖和爆破相結(jié)合”的過(guò)斷層的綜合開(kāi)采工藝,以及精細(xì)化的管理,為今后工作面中過(guò)大斷層積累了寶貴的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。也為礦井高產(chǎn)高效生產(chǎn)打下了基礎(chǔ)。

[1] 陳昌榮.地質(zhì)學(xué)基礎(chǔ)[M].徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,1993.

[2] 郭守泉,彭永偉.綜采工作面過(guò)斷層技術(shù)綜述[J].煤礦開(kāi)采,2008,(8):30-31.

[3] 徐永圻.煤礦開(kāi)采學(xué)[M].徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,1993.

[4] 樊繼強(qiáng),趙軍.綜采工作面過(guò)斷層開(kāi)采技術(shù)探討[J].山東煤炭科技,2002,(1):47-49.

Study on Technology of Fine Crossing Over Faults in No.4305(North)Comprehensive M in ing Section

YANG Jianguo1,L IU Weixin1,GAO Jie2
(1.No.2 Coal Mine of Yanzhou Coal M ine Limited Co rpo ration,Shandong Jining 272072,China;2.Geological Measuring Department of Yanzhou Coal M ine Limited Corporation,Shandong Zoucheng 273500,China)

In this paper,through study on several commonly used programs cuting through the faults,according to the principles of cutting through faults finely,and combining with the changes of factual geological condtions of working section,comprehensive technolgies for cutting through faults are carried out in No.4305 comprehensive mining section,they are"controlling anglesalong pseudo-faults—op timizing mechanical rock breaking technology—rock breaking and blasting machines combination".According to changes in thefault section,relative countermeasures have been carried out to ensure the recovery rate,reduce the loss of coal resources,effectively control the accident rate of the equipment,and ensure safe production.

Coalmine;faults;slope control;cutting height;mechanical breaking rocks;blasting;benefits

TD823

B

2010-05-20;

2010-09-26;編輯:曹麗麗

楊建國(guó)(1963—),男,山東曲阜人,主要從事地測(cè)技術(shù)管理工作;E-mail:jekdczx@163.com。