于 明
(山西新元煤炭有限責任公司,山西 陽泉 045400)
山西新元煤炭有限責任公司位于山西省晉中市壽陽縣境內(nèi),回采煤層3#煤層平均厚度3.0m,屬石炭系煤層,發(fā)育不穩(wěn)定,煤層頂板主要以泥巖及粉砂巖為主,平均厚度為4.0m。3207工作面位于一采區(qū),工作面走向長度為2000m,傾向長度為240m,工作面直接頂主要以炭質(zhì)泥巖為主,易破碎,平均厚度為3.8m。3207工作面采用綜合機械化后退式回采工藝,全部垮落法管理頂板,目前3207工作面已回采650m。根據(jù)地測科提供資料顯示,3207工作面回采至830m將揭露一條F7逆斷層,斷層落差2.4m,傾角30°,工作面回采方向為斷層下盤,煤體下移,如圖1所示。
由于F7斷層影響整個工作面回采,帶壓開采很容易發(fā)生頂板大面積垮落事故。研究決定對3207工作面采用仰斜回采技術過F7斷層,通過對工作面過斷層帶時存在的難題進行分析,提出了合理有效的安全措施,確保工作面安全順利過斷層帶。
圖1 新元礦3207 工作面過F7斷層剖面示意圖
(1)當工作面回采至810m處時采用仰斜回采技術,即采煤機上行割頂煤時適當切割斷層上盤巖石層,下行割底煤時適當預留底煤量,采煤機每次破頂,留頂量為0.5m。
(2)工作面第一循環(huán)割煤完成后在移架、推溜時以10°斜坡推進,當工作面仰斜回采20m后過F7斷層帶將進入斷層上盤煤體。
(3)當工作面進入下盤煤體后繼續(xù)以10°斜坡上山推進,繼續(xù)推進20m后,采煤機滾筒將進入下盤頂板巖石層,此時及時調(diào)整工作面回采角度,沿煤層頂?shù)装褰交夭伞?/p>
(1)3207工作面在仰斜回采過斷層破碎帶時仰斜角度為10°,當工作面在F7斷層下盤推進時需破頂煤,而工作面頂板直接頂主要以炭質(zhì)泥巖為主,厚度為4.0m,隨著工作面逐漸推進,頂板破巖厚度也隨之增大,當工作面推進至斷層帶時,頂板炭質(zhì)泥巖厚度為1.6m,此時頂板巖石層很難預留,很容易發(fā)生大面積頂板垮落事故,不僅降低了工作面回采效率,而且對支架頂梁損壞嚴重。
(2)當3207工作面過斷層帶在上盤以6°斜坡上山推進時,需預留頂板三角煤柱。而工作面煤層發(fā)育不穩(wěn)定,上盤三角煤柱難于預留,三角煤柱垮落后工作面頂板會形成高度達2.0m空頂區(qū),支架無法進行有效支護,加大了回采安全隱患。
(3)工作面在F7斷層上盤推進時需破底巖,而工作面底巖主要以粉砂巖為主,巖石硬度大,巖石硬度系數(shù)f>4.0,采用采煤機破巖不僅回采率底,而且對采煤機滾筒、截割部損壞嚴重,加大了工作面設備維修費用。
為確保3207工作面能夠安全快速過F7斷層破碎帶,研究對F7斷層下盤頂板巖石層采用施工撞楔超前支護進行維護,對斷層上盤頂板三角煤柱采用注漿支護進行維護,對上盤底板巖石層采用松動爆破施工工藝進行破巖,具體施工方法如下。
(1)3207工作面回采至820m處時,對工作面頂板開始施工撞楔超前支護,撞楔超前支護主要由長度為4.0m鋼針組成,鋼針Φ30mm。
(2)3207工作面撞楔支護與頂板成10°仰角布置,鋼針間距為1.0m,每次工作面施工一組撞楔超前支護段長度為50m。
(3)第一組撞楔支護施工完后開始采煤機割煤、移架、推溜等工序。工作面前50m所有工序完成后,開始施工第二組超前支護,與第一組超前支護施工工藝相同,依次類推直至整個工作面完成第一刀完整割煤。
(4)工作面第一刀割煤完成后,開始第二刀割煤。由于3207工作面采煤機割煤深度為0.75m,當工作面割煤4刀后(割煤深度為3.0m),開始施工第二排撞楔超前支護,與第一排超前支護交錯距離為1.0m。當3207工作面過斷層帶后停止施工撞楔超前支護。
(1)3207工作面回采至830m處時開始對F7斷層上盤三角煤柱施工注漿鉆孔,鉆孔施工在工作面頂板與煤壁交叉處,注漿鉆孔間距為1.5m,鉆孔與工作面成10°夾角布置。
(2)工作面注漿鉆孔施工完后,采用高壓注漿泵向鉆孔內(nèi)注射馬麗散凝固液,當工作面煤巖體出現(xiàn)漿液滲透現(xiàn)象時停止注射,并對鉆孔及時進行封孔。
(3)工作面注漿5h后方可繼續(xù)回采,且工作面必須采用帶壓擦頂移架。
(1)采用松動爆破破F7斷層上盤底巖時,由于在斷層上盤回采10m范圍內(nèi)底板破巖量較大,破巖厚度達2m,所以在前10m范圍內(nèi)炮眼深度為0.6~1.0m,每個炮眼填裝一支乳化炸藥,采用正向裝藥方式。
(2)工作面每割煤一刀,及時對底巖進行松動爆破,每次布置一排爆破孔,炮孔間距為1.2m,每次爆破3~5個炮孔。
(3)3207工作面進入斷層上盤且推進10m后,底板破巖厚度逐漸減小,當不能保證封孔深度0.6m時,采用風鎬人工起底。
3207工作面采用仰斜技術過斷層破碎帶,根據(jù)過斷層破碎帶時可能存在的難題,制定合理有效的安全技術措施,解決了傳統(tǒng)過斷層破碎帶時頂板破碎嚴重、工作面推進速度慢、機械設備損壞嚴重等難題,取得了顯著的經(jīng)濟效益、安全效益。