楊守峰
(山東肥礦技師學院,山東 肥城271600)
在確定采區(qū)巷道設計時,雖然充分考慮了地質構造對采煤工作面布置的影響,但在實際回采過程中,由于地質構造發(fā)生變化或者前方有老巷,采煤工作面過地質構造或老巷仍是不可避免的。地質構造包括斷層、陷落柱、褶曲帶和火成巖。當采煤工作面遇到以上地質構造時或老巷時,為了保證工作面的正常推采和生產安全,應采取有針對性的安全技術措施。
綜采面遇到斷層時將會影響生產,過斷層的方法主要涉及到斷層落差大小、煤層厚度、液壓支架最大最小支撐高度和采煤機破巖能力。工作面直接推過斷層時可采取調整采高、起頂落底、墊矸石或木板、架設木垛以及提吊支架等措施。斷層落差大時應另掘開切眼。
綜采面過斷層主要有以下幾種方法:
(1)斷層落差小于煤層厚度和支架最小支撐高度之差,綜采面過斷層時不必起頂或落底,可直接通過斷層。
(2)若斷層落差大于二者之差,采煤機可直接切割頂?shù)装鍘r石通過斷層;若頂?shù)装鍒杂?,可采用爆破法起頂或落底穿過斷層。為了盡量保持頂板的完整性,大多采用落底的方法通過斷層。
目前根據(jù)煤礦技術水平和現(xiàn)場實踐,斷層落差相當于煤層厚度的情況下,工作面是可以通過斷層的。但是斷層落差過大時,增加了切割巖石量,容易損壞采煤機,含矸率高,煤質變差,推采速度慢,不能維持采煤工作面的正常生產,不如另搬新面。今后隨著采煤機功率加大,破巖能力的增強,斷層落差超過煤層厚度時,也可以采取硬過的方法。
綜采面過斷層時,要采取以下安全技術措施:
(1)通過斷層前,應根據(jù)斷層性質、落差大小及頂?shù)装鍘r層厚度等因素,正確確定通過斷層的方法(起頂、落底、起頂并落底),做到既有利于維護頂板又減少破巖量。
(2)根據(jù)區(qū)段平巷揭露斷層情況,為了減少斷層在工作面內的揭露范圍,遇斷層前應適當調整工作面方向。當圍巖為中等穩(wěn)定以上巖層時,工作面與斷層走向之間夾角應不小于20°~30°;圍巖不穩(wěn)定時,此夾角保持在35°~45°之間。
(3)過斷層前要逐步降低采高,以減小破巖量,增加支架的穩(wěn)定性。采高控制在適當大于液壓支架的最小支撐高度,防止出現(xiàn)死架子。通過斷層后逐步增大采高至設計高度。
(4)斷層范圍內地段應使頂?shù)装灞3窒鄬ζ骄?,傾角盡量控制在15°以下,避免出現(xiàn)明顯的臺階,以保證輸送機和液壓支架處于良好的工作狀態(tài)。
(5)當巖石普氏系數(shù)f<4時,采煤機可直接割巖石,切割過程中要降低切割速度;如果巖石堅硬,切割困難時,則采用淺打眼、放小炮的爆破方式起頂或落底,并對附近液壓支架進行保護,防止爆破崩壞。
(6)在斷層附近可采取以下支護措施:
①先架設傾斜梁、傾斜棚或斜交梁,采取間隔移架,先移的支架頂梁托住傾斜梁后再移鄰近支架;②可在面前煤壁上預先掏梁窩架設超前梁或超前走向棚;③盡量采取帶壓擦頂移架方式,提高移架速度,減少空頂時間;④頂板冒落處應采用木垛接頂背實。
巖溶陷落柱是指煤層下伏碳酸鹽巖等可溶巖,因地下水溶蝕引起上覆巖層冒落而成的剖面上呈柱狀的塌陷體。在陷落柱內,煤層完全受到破壞,還存在導水的可能性,給采煤工作面推采帶來困難和安全隱患。
對陷落柱首先要加強地質預測,在區(qū)段巷道掘出后,應使用坑透儀進行透測,并配合鉆探,正確確定陷落柱位置、尺寸大小、導水性及影響范圍,根據(jù)具體情況制定相應的技術措施。
對面積較大、導水性很強的陷落柱,多采用繞過的方法,但要留足防水保護煤柱;對于直徑小于30m且不導水的陷落柱,一般采用硬過的方法,在生產過程中應注意下列問題:
(1)采用放震動炮,采煤機清矸的方法。
(2)采煤機清矸時,應當采用小步距、多循環(huán)的方法,減少頂板的暴露面積。
(3)適當降低采高,但要保證支架不會被壓死。采高要逐漸變化,以滿足支護和運輸?shù)男枰?/p>
(4)陷落柱范圍內適當滯后移架,用長鋼梁或木板梁一端插入巖壁,另一端搭在支架前梁上的方法進行特殊支護,采煤機清矸后要立即移架。
當采區(qū)內有大褶曲時,應使工作面的推采方向垂直于背、向斜軸,使工作面沿著煤壁方向沒有大的起伏,給液壓支架創(chuàng)造良好的工作條件。對于小的褶曲,可用采煤機適當下切或留底、割頂,使頂?shù)装逍纬删徍偷那?,以便設備通過。
火成巖侵入煤層有時呈巖脈、巖床狀,有時呈散珠狀,造成煤層缺失,煤層厚度變薄或局部不連續(xù)。對于前者處理方法類似于過斷層,若為走向或斜交時,視其范圍大小,可重新掘切眼或縮短工作面。若呈散珠狀,則常采取超前爆破加以處理。
空巷的圍巖已有不同程度的變形和破壞,工作面通過時,應采取有效的安全技術措施。根據(jù)空巷維護狀態(tài)、空巷與工作面空間的相對位置以及空巷的用途等不同,可分別采取加固巷道內原有支架、用木垛或煤矸充填空巷等方法。
(1)過穿層石門
采煤工作面過穿層石門時,要先加固石門支架。在工作面附近的一段石門內,要架設密集木垛或用煤矸填實。順煤層傾斜在木垛上鋪設木板,液壓支架在木板上通過,使支架有堅實的基礎。架設木垛的巷道長度應使石門與工作面相交處三角巖柱有足夠厚度(約3m)及承載能力。若石門穿入頂板,則頂板石門中也需有木垛,使工作面支架免受頂板巖層冒落時的沖擊。
若石門與煤層相交處圍巖十分破碎或回采后石門尚需使用,可用留煤柱的方法加以保護。在工作面尚未到達前,可預先掘進斜溜子道(越過運輸石門),當斜溜子道與工作面相通后,將工作面輸送機頭上移,就可由斜溜子道出煤而留下保護煤柱。
(2)過本層平巷
工作面前方老巷為盲巷時,要首先啟封,通風排瓦斯,修復老巷。當老巷與工作面平行時,應事先調整工作面方向,使其與工作面斜交,減小揭露老巷范圍,便于控制工作面頂板。若老巷支護完好,可打中間點柱加固;若老巷頂板破碎,支架損壞較多,應加密支架并增設單抬棚或雙抬棚;若頂板壓力大,還要架木垛,以防冒頂發(fā)生。綜采面過老巷時,可利用液壓支架的前探梁托住棚梁端頭,再逐步拉架前移。若頂板不穩(wěn)定,可在前探梁上先沿傾斜方向放上抬梁,用以托住老巷的棚梁前進。
采煤工作面過地質構造時,應采取綜合治理的方法。對于地質構造過分發(fā)育的塊段,采用炮采工藝,炮采對地質變化的適應能力較強;在工作面設計時將斷層留在區(qū)段煤柱內,或雖然工作面內有斷層,但與工作面夾角不易太小,以減少對工作面的影響范圍;采用調斜的方法,改變工作面的推進方向,躲開地質變化帶;工作面推進中,發(fā)現(xiàn)了未知的,工作面難以通過的地質構造時,可將工作面甩掉一部分,其余部分繼續(xù)推進,過后再對接為整面;遇到較大地質構造時,需要做各種比較,以權衡利弊,若強行通過地質構造代價太高,則應搬遷工作面;工作面過老巷時可采取加固巷道內原有支架、用木垛或煤矸充填空巷等方法。
[1]徐永圻,主編.煤礦開采學[M].徐州:中國礦業(yè)大學出版社,2009.
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[3]李增學,主編.礦井地質學[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2009.
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