張國英

(霍州煤電集團 方山木瓜煤礦, 山西 呂梁 033102)

俯斜綜采工作面過斷層技術與實踐

張國英

(霍州煤電集團 方山木瓜煤礦, 山西 呂梁 033102)

針對木瓜煤礦10-208俯斜綜采工作面回采過程遇7 m斷層的工程實際,通過采取降低采高、破底穿巖、放震動炮、單向割煤等手段,不僅順利安全通過斷層,而且提高了生產效率,節(jié)約了成本,為解決綜采類似條件的工程問題提供借鑒。

綜采工作面;正斷層;俯斜開采;破底穿巖

斷層是巖層或巖體破裂后斷裂兩側的巖層或巖體有顯著位移的斷裂構造,其對工作面的布置及生產有重要的影響[1]。過斷層的方式不僅決定于斷層的落差、走向、傾向、傾角,還與煤層的厚度,傾角,頂?shù)装迩闆r,生產條件等諸多因素有關[2]。一般情況下過斷層主要采取方法有上盤破頂,下盤破底,破巖量由斷層的落差及頂?shù)装鍘r性決定;工作面調斜,減小斷層區(qū)域暴露面積,這種方法在現(xiàn)場實施工過程中受限于刮板運輸機上竄下滑(調斜調整),可行性不高[3]。其中斷層區(qū)域頂板的控制是過斷層的一個難點,斷層在采動影響下易發(fā)生“活化”,煤層頂板巖層難以控制,尤其在開采區(qū)域斷層較發(fā)育時,斷層對礦壓分布規(guī)律的影響十分明顯。木瓜煤礦10-208工作面在切巷掘進過程中揭露一條落差7 m的斷層F22正,斷層切割整個工作面,對回采影響很大,本文以此斷層為例,研究綜采工作面直接過斷層技術[4-6]。

1 工作面地質條件及裝備

1.1工作面地質條件

木瓜煤礦10-208工作面位于木瓜礦10#煤二采區(qū),為一單斜構造,走向NW,傾向NE,傾角3°～ 12°,煤層平均厚度3.5 m,蓋山厚度213.2 m～305.9m。走向長度1 236 m,傾向長度245.4 m,可采長度1 095 m,地質儲量1 340 205.85 t。在工作面切巷掘進過程中距10-2081巷63 m處揭露F22正斷層,走向NW38°,傾向NE,落差7 m,斷層上盤頂板為粗粒砂巖,下盤底板為泥質砂巖,工作面斷層平面示意圖,見圖1。布置切巷時,穿斷層上盤粗砂巖頂板掘進,直至斷層下盤煤層。工作面安裝后23#-46#液壓支架位于上盤巖石段,工作面切眼斷層剖面圖,見圖2。當工作面推進150 m時,斷層在10-2082巷消失。

圖1 工作面斷層平面示意圖Fig.1 Plan of fault of working face

圖2 工作面切眼斷層剖面圖Fig.2 Profile of cutting-hole fault of working face

1.2工作面裝備

工作面采用MG500/1200-WD型采煤機割煤,截深800 mm;SGZ1000/1200×2型刮板輸送機,SZZ1000/400型轉載機運煤,PCM375型破碎機破煤SSJ-1200/2×315型膠帶輸送機將煤運至10-208工作面溜煤眼。工作面頂板支護選用ZY7800/18/37型雙柱掩護式液壓支架;運輸巷超前支護采用DW-28(32、36、45)型單體柱配合1.0 m金屬π梁支護;回風巷超前采用型號為ZTCF45000/19/37型超前支架支護;采空區(qū)采用全部垮落法處理,頂板自然垮落。

2 工作面過斷層方案

2.1工作面過斷層方案確定

10-208工作面采用俯斜開采,推進方向前100 m范圍內坡度為6°～12°。由于斷層上盤頂板堅硬,斷層落差大,如以上盤挑頂下盤破底的方式通過斷層,則巖石工程量大,施工難度大,上盤放炮挑頂段頂板易碎且采高不易控制,綜合考慮以上諸多不利因素,最終采取以破下盤底板為主的方式通過,放震動炮預裂,當?shù)装搴穸刃∮?.5 m時采煤機直接割過。

2.2工作面過斷層方案實施

1)工作面過斷層的首要任務是上盤臥底找煤,在開始回采時,工作面以15°左右角度俯采,從現(xiàn)場施工觀察,俯采角度最大時達到20°,當工作面推進35 m時,工作面斷層發(fā)育至62#架,此時上盤不破頂板,僅破下盤底板的方式過斷層,工作面斷層位于62#架時剖面圖,見圖3。

圖3 工作面斷層位于62#架時剖面圖Fig.3 Profile of fault of working face at No.62 support

2)由于切巷前100 m俯斜角度大,達到6°～12°,工作面斷層落差大,下盤采煤機破底爬坡,下盤破底長度小會造成采煤機通過負荷過重,從現(xiàn)場觀測,下盤區(qū)域破底40架,才能保證采煤機順利通過。

3)工作面推進100 m以后,工作面整體下山角度將變小(大約3°左右)。預計工作面推進至125m時,斷層將會發(fā)育至124#架,下盤破底16架,刮板工作坡度達到12°,達到采煤機爬坡極限能力,此時僅破下盤底板的通過方式無法滿足正常割煤,所以斷層在115#架時就要開始提刀,破上盤頂板,緩沖刮板角度,確保采煤機順利通過,工作面斷層位于115#架時剖面圖,見圖4。

圖4 工作面斷層位于115#架時剖面圖Fig.4 Profile of fault of working face at No.115 support

3 工作面過斷層工藝及措施

3.1工作面過斷層工藝

1)降低采高過斷層。由于斷層落差大,破巖量大,在回采過程中降低采高可以大大減少破巖量,采煤機通過最低高度為2.2 m,所以控制采高2.5 m(保證300 mm余量),確保采煤機順利通過。

2)放震動炮過斷層。由于斷層落差大,工作面揭露巖石段長,科學合理的布置炮眼,采取少裝藥放小炮方式進行預裂,預裂深度為800 mm,保證采煤機順利通過即可,爆破后大大的減少了截齒的使用量,同時用廢舊皮帶包好支架等設備,防止崩壞[7]。

3)單向割煤過斷層。俯斜開采過程中,采煤機上行坡度大會造成割煤過程中掃矸負荷過重,在頂板允許的情況下轉換割煤方式,采煤機下行單向割煤,追機移架,采煤機上行反空刀再移刮板,減輕采煤機上行負荷[8]。

3.2工作面過斷層時的問題及采取措施

1)初次垮落前拉架支架向煤幫傾倒。由于工作面采用俯斜開采,頂板初次垮落前,移架過程中支架向煤幫傾倒,給安全生產帶來很大隱患。在此情況下,移架前在支架頂梁前端施工一根單體柱,支撐支架頂梁,可以有效避免支架降架后向煤壁傾倒的現(xiàn)象。

2)斷層區(qū)域刮板運輸機移設困難。刮板運輸機移設困難主要由兩方面原因造成:一是大傾角俯采過程中采煤機滾筒旋轉不能將煤矸有效的甩進刮板運輸機,造成刮板移設過程中前方阻力過大,發(fā)生刮板頂翻事故;二是俯采變?yōu)槠酵茣r,直接大幅度提刀會使支架過橋擠壓推移橫梁,容易造成推移橫梁變形。針對這兩種情況,在施工過程中一是采用人工拉底,徹底清開刮板前方煤矸,二是移架過程中在支架頂梁前方施工兩根單體柱吊架,保證支架過橋不擠壓刮板輸送機,通過這兩種方式保證了順利頂移刮板輸送機。

3)支架歪斜。由于斷層落差大,斷層局部區(qū)域傾角大,造成支架歪斜,這種情況下采煤機司機在割煤過程中要順平底板,減小坡度,拉架工在拉架過程中降架后及時靠架,防止咬架現(xiàn)象的發(fā)生[9]。

4)下盤頂煤不易控制。斷層下盤區(qū)域頂煤不易控制,造成支架錯差大、超高、不接頂?shù)默F(xiàn)象,這種情況下,采取超前拉架,帶壓前移,單體柱輔助移架支撐等方式提高了留頂煤質量[10]。

5)設備故障率高。過斷層期間設備負荷重,造成設備故障率高,嚴重影響工作面快速推進。因此在過斷層期間,要做到加強設備檢修,保證設備良好運轉;支架不得出現(xiàn)跑冒滴漏的現(xiàn)象,保證支架接頂嚴實,初撐力達標;在放炮時必須停止乳化液供應,防止放炮后矸石崩到手把,造成供液后支架自降,發(fā)生冒頂事故;刮板輸送機及轉載機必須保證刮板齊全緊固,采煤機必須保證截齒齒套齊全,乳化液壓力不得低于30 MPa。

4 結束語

木瓜煤礦10-208俯斜綜采工作面通過采取降低采高、破底穿巖、放震動炮、單向割煤等手段,順利安全通過7 m大斷層。這種方式與上盤破頂,下盤破底的方式相比,減少了巖石工程量,且施工簡單,頂板控制容易;與重送切巷方式相比減少了掘進及二次安裝時間,緩解了采掘緊張的局面。實踐證明,俯斜綜采工作面采用破底穿巖通過斷層的方式,不僅安全通過斷層,而且提高了生產效率,節(jié)約了成本,為解決綜采類似條件的工程問題提供借鑒。

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(編輯:武曉平)

TechnologyandPracticeofFully-mechanizedDipMiningFacePassingthoughFault

ZHANGGuoying
(FangshanMuguaMine,HuozhouCoal&ElectricityGroup,Lvliang033102,China)

When No.10-208 fully-mechanized dip mining face met a 7-meter fault in Mugua Mine, some approaches, such as lowering mining height, breaking floor, blasting tremor, and one-way cutting, were used to realize the smooth passing-through in order to improve the production efficiency and reduce the cost. The study could provide a reference for the similar engineering problems in the fully-mechanized mining.

fully-mechanized working face; normal fault; dip mining; breaking floor

TD823

A

1672-5050(2017)03-0019-04

10.3919/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2017.06.006

2017-06-05

張國英(1986-),男,山西運城人,大學本科,助理工程師, 從事煤炭采掘技術工作。