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        7103 工作面過斷層安全開采技術(shù)研究

        2020-07-07 06:16:20
        山東煤炭科技 2020年6期
        關(guān)鍵詞:炮眼震動斷層

        賈 祥

        (沁和能源集團有限公司永安煤礦,山西 晉城 048205)

        1 工程概況

        沁和能源集團有限公司永安煤礦7103 工作面位于井田的東北區(qū)域,煤層厚度4.4~6.9m,平均厚度5.4m。工作面煤層傾角17°~28°,平均傾角24°。7103 工作面地質(zhì)構(gòu)造較復(fù)雜,巷道掘進過程中共揭露斷層7 條,落差在0.4~9.1m 之間。F1、F2、F3、F4、F5、F6 斷層對回采的影響較小。F8斷層落差較大,落差達到9.1m,斷層貫穿整個工作面,與工作面夾角約為 22°,影響工作面正?;夭?。F8 斷層示意圖如圖1 所示。

        為掌握F8 斷層附近巷道頂板應(yīng)力分布規(guī)律,在理論分析的基礎(chǔ)上運用數(shù)值模擬軟件FLAC3D對回采時的情況進行模擬分析。模型尺寸長×寬× 高=300m×280m×390m, 開 挖 范 圍 長× 寬=200m×190m,開挖高度:煤層厚度5.4m,斷層落差9.1m,破碎帶寬度4.9m,斷層傾角72°。采用理想彈塑性模型并滿足摩爾庫侖屈服準則。

        圖1 F8 斷層示意圖

        2 FLAC3D 數(shù)值模擬分析研究

        采用四步開挖法進行開挖作業(yè)。第一次開挖:從F8 斷層上盤向正斷層推進時,距離斷層30m 處;第二次開挖:開挖后推進至與斷層距離為10m 處;第三次開挖:開挖后推進至與斷層距離為0m 處;第四次開挖:開挖后推進至與斷層距離-20m 處。通過軟件模擬得到F8 斷層附近巷道頂板最大主應(yīng)力分布云圖,如圖2 所示。

        圖2 F8 斷層附近最大應(yīng)力分布云圖

        從F8 斷層附近巷道頂板最大主應(yīng)力分布云圖可知,在7103 工作面向前推進過程中,前方煤巖體中會出現(xiàn)工作面超前支撐壓力影響區(qū),并可以得到支承壓力與工作面超前煤巖體破壞之間的關(guān)系。設(shè)定工作面與斷層之間存在30m 的煤柱時,煤巖體應(yīng)力集中的峰值為-25.13MPa,斷層端部最大應(yīng)力為-27. 91MPa;設(shè)定煤柱寬度為10m 時,煤巖體應(yīng)力集中的峰值為-26.17MPa,斷層附近應(yīng)力最大值為-31.69MPa;推進斷層位置,工作面超前支撐壓力峰值為-28.98MPa,斷層尖角處應(yīng)力值為-32.35MPa,該區(qū)域存在著5m 厚的破碎帶,容易出現(xiàn)安全事故。因此在工作面推進至F8 斷層10m 區(qū)域內(nèi),必須制定相應(yīng)的過斷層安全技術(shù)措施,保障過斷層的安全順利進行。

        3 7103 綜放工作面過斷層方案

        3.1 工作面?zhèn)涡闭{(diào)整

        從永安煤礦其他工作面的開采實踐可知,需要調(diào)整工作面的偽斜角,使得其與斷層面的傾角數(shù)值越小,此時采煤機的割矸量是最少的。通過實踐調(diào)整偽斜角為20°,F(xiàn)8 斷層面與工作面的交角確定為45°,該措施可以有效地減少斷層在工作面煤壁暴露的長度,提高過斷層的安全性。

        3.2 強行割矸作業(yè)

        從7103 工作面的直接頂、直接底、斷層斷距分析來看,工作面前方區(qū)域的上盤巖層比下盤巖層松軟破碎,決定采用挑頂起底法來進行強行割矸作業(yè)。

        斷層上盤提前適當破頂上飄,控制面溜上飄幅度。遇全巖時,在保證煤機順利通過的前題下,采高要控制在1.5m 以下,以確保盡量少破矸石,不影響生產(chǎn)。

        遇斷層后工作面從上盤煤層進入下盤煤層。采煤機在破頂、拉鉤后必須采用木板梁及時剎頂,保證支架的接頂。

        3.3 放震動炮

        在工作面推進時矸石硬度大時,必須采用放震動炮的措施。震動炮采用錨索機打眼、人工爆破作業(yè)的方式進行,在檢修班實施。

        (1)震動炮沿巷道橫斷面布置四個深層炮眼,炮眼深度根據(jù)頂煤厚度而定,要求深入煤層頂板以上2m 但不得少于5m,炮眼封泥長度不得小于2.5m。

        (2)震動炮沿巷道縱向布置三個普通炮眼,炮眼深度打至煤層頂板,炮眼深度根據(jù)頂煤厚度而定但不得少于4m,封泥長度不得小于2m。

        (3)震動炮在回順超前支架外向外布置,炮眼橫向縱向各布置一排,共7 個炮眼,縱向的炮眼沿巷道上幫布置,且保證與上隅角瓦斯抽放管的距離保持在1m 以上。炮眼間距縱向1.6m,橫向1.5m。

        3.4 注漿加固

        在7103 工作面過F8 斷層帶時,當出現(xiàn)工作面巷道圍巖破碎無法進行錨桿和錨索安裝的情況時,可以在斷層帶進一步采用深孔注化學漿的辦法,膠結(jié)破碎巖體進行加固處理后,再進行巷道錨桿和錨索的作業(yè)施工。在對斷層帶進行注漿加固處理當中,注漿材料選用瑞琪米諾華公司生產(chǎn)的瑞米加固 I 號。鉆孔注漿方案:鉆孔位置迎頭頂部,孔間距1.2~1.5m,鉆孔角度20°~30°,鉆孔深度3~4m,鉆孔數(shù)量3 個。

        4 工作面回采巷道的監(jiān)測分析

        通過103 工作面過F8 斷層帶時回采巷道圍巖變形數(shù)據(jù)的收集和處理,可掌握斷層影響下巷道的變形情況。在工作面回風巷揭露F8 斷層位置的10m、15m、20m 三處分別設(shè)置巷道變形觀測點,主觀測巷道頂?shù)装搴蛢蓭鸵平?。對監(jiān)測所得數(shù)據(jù)進行綜合處理,得圖3。

        圖3 7103 回風巷道三處觀測點的圍巖變形結(jié)果圖

        從圖3 可知,7103 綜放工作面超前支撐壓力影響范圍主要集中在前方33m 左右,應(yīng)力峰值位置超前工作面8.1~18.7m。三處觀測點的觀測數(shù)據(jù)表明,隨工作面推進,巷道圍巖變形移動變化規(guī)律基本上一致,兩幫最大移近量和頂?shù)装遄畲笠平糠謩e為144.7mm、165.1mm。從現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)可知,F(xiàn)8 斷層對7103 工作面回采的影響在可控范圍,過F8 斷層安全技術(shù)措施是合理的,有效地保障了過斷層的安全順利。

        5 結(jié)語

        在理論分析的基礎(chǔ)上運用數(shù)值模擬軟件FLAC3D對回采時過斷層的情況進行數(shù)值模擬分析可知,F(xiàn)8斷層在工作面與斷層間煤柱寬度為10m 時會發(fā)生煤巖體不穩(wěn)定的安全隱患。針對將會出現(xiàn)的安全隱患,制定了過F8 斷層的安全技術(shù)方案,主要是采用通過工作面?zhèn)涡闭{(diào)整、強行割矸、放震動炮、注漿加固四大技術(shù)措施,實踐應(yīng)用效果理想,有效保障了工作面安全順利通過F8 斷層。

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