閆文龍

(山西大平煤業(yè)有限公司,山西 長治 046600)

綜采工作面在遇到斷層時,一般采取松動爆破配合機(jī)組截割方式作業(yè),若斷層較硬及影響范圍較大,則嚴(yán)重制約正規(guī)循環(huán)和進(jìn)度[1-2]。在斷層及煤巖交界處,頂板一般較為破碎,經(jīng)常會出現(xiàn)漏冒頂、片幫及頂溜移架困難等問題[3]。尤其是在大傾角條件下過斷層,支架將會出現(xiàn)傾斜、咬架及壓架,加上受采煤機(jī)臥底量限制,坡度調(diào)整速度小于變化速度,會造成前溜上漂[4,7];大坡度條件下采煤機(jī)受力將會不均,將會造成設(shè)備磨損嚴(yán)重,機(jī)組、溜子下滑[3,6];頂板破碎嚴(yán)重,架前壓力大,局部嚴(yán)重片幫、采高受限,架前接頂不嚴(yán)不實會造成抽冒嚴(yán)重,極易造成支架受力失衡,會給回采作業(yè)帶來較大困難[3-5]。因此,在局部大傾角條件下過構(gòu)造一直被煤礦高度關(guān)注。

3111工作面存在落差0～10 m的逆斷層,走向影響范圍約400 m,工作面局部傾角25°～30°,傾斜影響范圍約120 m,結(jié)合前期槽波勘探及后期鉆探資料,決定采用放炮+機(jī)組截割的方式強(qiáng)行推過該斷層。

1 工作面概況

3111工作面切眼長度216 m,采用ZF4800/17/30液壓支架,斷層位置在順槽800 m～1 200 m范圍內(nèi),其中900 m～1 050 m為最大斷距影響區(qū)域,實際揭露過程中斷層落差最大為8 m,受斷層影響,工作面自機(jī)頭至20#支架+10°,21#架至40#架+15°,41#架至65#架+25°,66#架至76#架+30°,77#架至85#架+24°, 86#架至102#架+15°,工作面在120 m范圍內(nèi),平均坡度22°,大傾角段位于斷層內(nèi),角度及影響范圍并隨著斷層賦存變化而變化,將會嚴(yán)重制約生產(chǎn),斷層位置如圖1所示。

圖1 3111工作面斷層位置示意圖

2 回采過程關(guān)鍵工藝

2.1 工作面坡度調(diào)整

MG250/700-1.1D性采煤機(jī)最大適應(yīng)傾角為30°,坡度大于35°時,將會造成采煤機(jī)爬坡困難,為減少爬坡阻力及破巖量,需對工作面進(jìn)行坡度調(diào)整。調(diào)刀方式為:自機(jī)頭至機(jī)尾方向進(jìn)行單向割煤和單向頂溜,跑空刀至機(jī)尾處,再反向割煤至機(jī)頭。針對局部大傾角地段,按照50 mm/2刀(抬一刀,平一刀的工藝要求)進(jìn)行剎刀破底板作業(yè),進(jìn)行工作面坡度調(diào)整,其他段根據(jù)工作面坡度適當(dāng)進(jìn)行調(diào)整,保證工作面平穩(wěn)過渡,40#-85#架由23°～30°調(diào)整為17°～21°。

針對局部地段出現(xiàn)的超過25°以上的地段,采取破刀工藝,多次循環(huán)剎底并配合底板爆破臥底板,工作面的整體坡度有了明顯的變化。待67#-85#支架段抬高500 mm后,67#-77#支架段逐步留底煤繼續(xù)抬刀直至67#-77#支架段抬至DF37斷層下盤,要求抬刀量50 mm/刀,67#支架處抬刀量為1 200 mm,其他段根據(jù)工作面坡度適當(dāng)進(jìn)行調(diào)整,保證工作面平穩(wěn)過渡,最后確保工作面抬高達(dá)到1.8 m,有效緩解了工作面的坡度。工作面坡度調(diào)整前后對比具體如圖2、圖3所示。

圖2 工作面過斷層調(diào)整前示意圖

圖3 工作面過斷層調(diào)整后示意圖

同時在調(diào)整坡度的同時將工作面調(diào)整為+3°的仰采,配合吊溜千斤,每班安排專人測量工作面坡度及支架仰角,若達(dá)不到技術(shù)要求,及時采取措施進(jìn)行坡度調(diào)整。

2.2 放淺孔震動炮

結(jié)合本礦以往過斷層經(jīng)驗,決定采用“一炮兩采”的作業(yè)方式,即放完一茬炮,能割兩刀煤。炮眼按“五花眼”布置,每次放炮不得超過20個炮眼,放炮前用防護(hù)簾保護(hù)支架、線纜等。炮眼布置如圖4所示。

同時在放炮期間根據(jù)巖性的變化采用多打眼、少裝藥方式對巖石進(jìn)行松動,減少巖石對機(jī)組的振動及磨損。

圖4 過斷層爆破示意圖

2.3 頂板管理

工作面在過斷層期間受集中應(yīng)力作用,煤質(zhì)出現(xiàn)酥軟、煤層層理較亂及片幫現(xiàn)象,最大片幫深度約2.5 m,長度范圍5 m～10 m不等,并在工作面呈斜面狀態(tài),直接影響支架護(hù)頂,甚至部分位置拉出超前支架后,支護(hù)仍然不到位,尤其是巖層與煤層交界處,大片幫、漏頂現(xiàn)象尤為突出,給工作面管理帶來了較大的困難,單純的依靠拉超前支架、掛設(shè)金屬網(wǎng)、打單體柱等傳統(tǒng)工藝不能有效地控制頂板,尤其是遇到煤質(zhì)酥軟,片幫將會加大,并會引起頂板冒落,故需要對地質(zhì)破碎區(qū)域進(jìn)行注漿+鋪雙層金屬網(wǎng),即先注漿再鋪設(shè)金屬網(wǎng)進(jìn)行頂板加固。

頂板破碎處每隔4臺支架打設(shè)一個注漿孔(也可在破碎嚴(yán)重區(qū)域集中注漿,漿液為美固德A、B料),單排布置,鉆孔數(shù)量根據(jù)現(xiàn)場實際確定,鉆孔直徑28 mm,參數(shù)為:孔深7 m,距底板高度2.4 m,角度45°,位置在兩部支架的伸縮兩之間。注漿孔位置也可根據(jù)工作面實際變化進(jìn)行調(diào)整,注漿孔如圖5所示。

圖5 注漿孔示意圖

結(jié)合煤巖體內(nèi)裂隙發(fā)育及煤體的承受能力,決定注漿壓力確定為10 MPa,每個注漿孔注漿量5 t～7 t不等,在注漿過程中有跑漿現(xiàn)象,必須立即停止注漿,待漿液凝聚時,再進(jìn)行注漿;為避免跑漏漿,采用木楔配合棉紗進(jìn)行封孔。同時在拉出超前支架的同時,配合π型梁、大板進(jìn)行護(hù)頂,利用上述方式頂板管理取得了較好的效果。

2.4 偽斜調(diào)整

為防止工作面溜子上竄下滑,需根據(jù)工作面坡度變化進(jìn)行調(diào)斜控制。由于工作面自21#架至40#架+15°,41#架至65#架+25°,66#架至76#架+30°,77#架至85#架+24°, 86#架至102#架+15°,工作面在121 m范圍內(nèi),平均坡度22°,若工作面調(diào)斜不及時,支架及刮板機(jī)將會下滑,嚴(yán)重時會造成支架傾斜、咬架、垛架等問題,尤其是前溜機(jī)頭的安全出口不暢通將會成為重大安全隱患,上述坡度問題將會造成調(diào)斜工作比較困難。

根據(jù)偽斜調(diào)整經(jīng)驗公式S=Ltg(0.11α+0.016α2)

式中:S為偽斜超前距離,m;L為工作面傾斜長度,216 m;α為煤層傾角,°。

起初按照經(jīng)驗公式計算,取整個工作面的平均坡度為22°,偽斜超前距離為37 m,在回采期間溜子上竄嚴(yán)重,后根據(jù)21#至100#支架坡度變化,結(jié)合以往的偽斜調(diào)整經(jīng)驗,對該經(jīng)驗公式進(jìn)行了調(diào)整,增加修正系數(shù)a(a取3 m～5 m),即S=a+Ltg(0.11α+0.016α2),偽斜超前距離為42 m,工作面溜子上竄得到了控制,工作面正常推進(jìn)。

3 工作面防倒滑工藝

在大傾角條件下僅僅通過偽斜調(diào)整控制刮板機(jī)下滑還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,同時必須有效支架傾倒、機(jī)組下滑等關(guān)鍵技術(shù)。

3.1 支架防倒防滑

在支架頂梁下安設(shè)的防倒千斤的基礎(chǔ)上,另外在每兩部支架間安設(shè)一個斜拉千斤,千斤的一端用螺栓并配合夾板固定在支架頂梁下的吊環(huán)處,千斤的另一端固定在支架底座的孔眼內(nèi),防倒設(shè)施經(jīng)常處于拉緊狀態(tài)。采用下行拉架(朝機(jī)頭方向拉架),拉架時在每部支架前梁的左側(cè),打設(shè)兩根單體柱作戧柱使用,移架時采用遠(yuǎn)距離供液,避免單體柱跳動傷人;拉完一架后,方可拆除下一架的戧柱,同時做到帶壓擦頂移架,保證支架初撐力不低于24 MPa,避免支架傾倒下滑;同時工作面配備專用清理矸石的專用工具,拉架前將支架底座的浮煤浮矸清理干凈,確保支架支設(shè)在實底上;若支架出現(xiàn)傾斜現(xiàn)象,拉架后必須將支架底座用道木墊平。

3.2 采煤機(jī)防滑

針對工作面局部大坡度地段,采用單向割煤,即下行割煤,上行走空刀的方式,并配合局部抬刀+臥刀破底的方式將工作面調(diào)整為近似一個坡度,抬刀及臥刀量控制在50 mm/刀,避免坡度出現(xiàn)急劇變化。機(jī)組自機(jī)尾向機(jī)頭割煤時,采用慢牽引方式,先不頂出溜,待割完1整刀煤后,反向至機(jī)尾跑空刀時再頂溜,預(yù)防機(jī)組下滑;對前后行走電機(jī)進(jìn)行改造,增設(shè)1組剎車系統(tǒng),實現(xiàn)雙剎車;根據(jù)采煤機(jī)齒軌尺寸,加工防滑銷子,機(jī)組正常行走時掛在采煤機(jī)身上,停機(jī)時,及時將該防滑銷插在齒軌上,防止采煤機(jī)停機(jī)時自身失穩(wěn)下滑;采煤機(jī)停機(jī)時,將滾筒完全進(jìn)入煤壁,及時將采煤機(jī)滾筒在煤壁上吃滿刀。

3.3 刮板機(jī)的防滑

主要是依靠偽斜調(diào)整及單向頂溜方式預(yù)防刮板機(jī)下滑,除此之外又增加以下防滑設(shè)備:每隔5節(jié)溜槽安設(shè)一組防滑千斤,防滑千斤一端用大鏈環(huán)固定在支架的底座上,另一端固定在溜槽的底擋板上;防滑千斤頂也可隨工作面傾角等情況而定。

3.4 防滾矸措施

在工作面機(jī)道內(nèi)每隔10部支架設(shè)置1個擋矸金屬網(wǎng),規(guī)格為高×寬=1 m×1 m,一端固定在支架的前立柱上,另一端固定在前溜的電纜槽上;同時在每部支架的前部兩根立柱上安設(shè)一組用廢舊皮帶制成的擋矸簾,寬×高=1.5 m×1 m,能有效預(yù)防滾矸傷人。

4 礦壓及進(jìn)度對比

由于局部傾角較大,上覆巖層在相對空間有向下運(yùn)動趨勢,將會致使該段巖層的運(yùn)動幅度、破壞程度均大于坡度較小段,從而使得采場礦壓在支架載荷分布、頂板下沉、來壓程度、來壓步距等方面將不同于工作面其他段的規(guī)律;頂板垮落后沿著傾斜方向下滑,將會形成“砌體梁”結(jié)構(gòu),在走向方向“三帶”中的冒落帶和裂隙帶輪廓線大致呈拋物線狀,中上部成馬鞍狀;具體來壓規(guī)律如表1所示。

表1 工作面來壓特征分析表

5 經(jīng)濟(jì)社會效益分析

1)減少資金投入。重開繞巷及設(shè)備搬家,需投入人工工資、材料費(fèi)用等共計235萬元。

2)礦井不停產(chǎn)。確保了生產(chǎn)銜接,扣除煤質(zhì)影響因素,多回收煤炭35萬t,扣除人員工資、材料費(fèi)用,按照利潤215元/t計算,可多創(chuàng)造效益7 525萬元。

3)該技術(shù)在實施期間,先后有潞安集團(tuán)的夏店礦、華電集團(tuán)的石泉礦來我礦進(jìn)行技術(shù)交流學(xué)習(xí),贏得了兄弟單位的好評。

6 結(jié)論

1)針對大傾角條件下的大斷層,在地質(zhì)資料詳細(xì)的前提下,通過優(yōu)化回采工藝,可以安全順利硬過。

2)工作面調(diào)斜、坡度調(diào)整、三機(jī)防滑、頂板管控等是通過該構(gòu)造的關(guān)鍵因素。

3)該技術(shù)是大平礦的一次大膽的創(chuàng)新和嘗試,在潞安礦區(qū)獲得了很好的推廣價值。