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        順槽掘進提前過斷層施工方法在增加工作面可采儲量中的應用

        2020-07-07 06:07:26趙啟生
        山東煤炭科技 2020年6期
        關(guān)鍵詞:剖面圖產(chǎn)狀平面圖

        張 騰 趙啟生 時 君

        (山東濟寧礦業(yè)集團有限公司安居煤礦,山東 濟寧 272100)

        1 概述

        安居煤礦隸屬于濟寧礦業(yè)集團有限公司,為地方國有企業(yè)。安居煤礦屬地質(zhì)條件復雜礦井,主采煤層為3上煤,煤層賦存-820m~1800m,一采區(qū)實際揭露煤層平均厚2.5m。礦井自投產(chǎn)以來,井下開拓布局受構(gòu)造影響較大[1],采掘中揭露大中小型斷層層出不窮,嚴重影響了礦井的安全生產(chǎn)。復雜的地質(zhì)條件導致某些工作面在掘進時不得不穿過落差6~15m 左右的中型斷層,而回采時為避免大面積割矸,又必須重新開切眼搬家,增加了現(xiàn)場工作量,同時造成了斷層附近較大面積儲量損失。

        目前,國內(nèi)常采用的過中小型斷層技術(shù)方法有:后退挑頂法和后退臥底法[2],即在掘進迎頭揭露斷層斷面后探明斷層產(chǎn)狀,然后后退挑頂或臥底掘進過斷層找煤。

        地質(zhì)技術(shù)人員通過分析斷層延伸規(guī)律,科學合理預測、超前探明斷層產(chǎn)狀并在揭露斷層前提前變坡過斷層,可以使掘進過程盡可能施工硬度較小的煤層頂板,減少斷層破碎帶揭露寬度,在保證施工安全和提高掘進效率的同時,最大限度減少斷層造成的煤炭資源儲量的浪費。

        2 預測斷層延伸情況及檢驗方法

        2.1 預測手段

        斷層是影響安居礦井開采最主要的地質(zhì)構(gòu)造。經(jīng)過三維地震勘探精細化解釋后的采區(qū),一般對于落差15m 以上的斷層大部分能夠查明,設計階段一般將其作為采區(qū)邊界等排除在工作面之外,基本不會影響工作面回采。由于三維物探精度問題,順槽掘進時經(jīng)常出現(xiàn)一些落差6~15m 左右的中型斷層,往往會對采掘造成較大影響。

        地質(zhì)技術(shù)人員通過總結(jié)日常地質(zhì)工作規(guī)律,發(fā)現(xiàn)斷層的延伸長度與落差基本成正比例關(guān)系,即落差大的斷層延伸距離一般較長,落差小的延伸較短[3]。由此可以根據(jù)對大量實際揭露斷層的延伸長度統(tǒng)計分析,求出比例系數(shù)K(如表1 所示)。

        式中:

        L-斷層延伸長度,m;

        H-斷層落差,m。

        經(jīng)統(tǒng)計計算得出K值一般取34 ~60,平均48,該值可以作為斷層延伸長度的計算標準。

        表1 斷層延伸規(guī)律圖

        2.2 檢驗方法

        利用上述方法可以預測斷層的延伸情況,一般采用的方法是結(jié)合三維物探資料及相鄰巷道已揭露斷層走向進行分析,定位一個小的范圍(比如預計XX 導線點前50~70m 將發(fā)育該斷層),當掘進靠近該范圍時,提前利用鉆探手段進行驗證,從而可以提前查清迎頭前方斷層產(chǎn)狀。

        3 提前過斷層方法適用斷層需具備的條件

        根據(jù)分析認為當符合以下三個條件時,可以通過提前過斷層來實現(xiàn)工作面的增產(chǎn)增效。

        (1)斷層走向與兩順槽有較小夾角(一般10~35°)。

        (2)斷層落差在6~15m,回采時必定會出現(xiàn)大面積割矸,回采時必須移架搬家。

        (3)經(jīng)過地質(zhì)技術(shù)人員的初步預測,并利用鉆探手段驗證,斷層在前方的發(fā)育情況已經(jīng)掌握。

        4 提前過斷層與揭露斷層面后過斷層效果對比

        以安居煤礦1304 工作面皮帶順槽掘進過A76斷層為例,軌道順槽先開門掘進施工,掘進過程中已揭露A76 斷層(落差約8m),皮帶順槽掘進比較滯后。根據(jù)斷層延伸規(guī)律,預計該斷層一般延伸48×8=384m,因此預計皮帶順槽將揭露該斷層。采用傳統(tǒng)的方式即揭露斷層斷面后過斷層時,其平面圖及施工剖面圖如圖1、圖2 所示。

        圖1 揭露斷層后起坡施工預想平面圖

        圖2 揭露斷層后起坡施工預想剖面圖

        為減少煤炭資源的浪費,在順槽施工至預計斷層位置提前30m 處暫停掘進,利用鉆機進行超前鉆探。通過鉆探,查清了斷層具體位置及落差(迎頭前25m 為斷層位置,斷層落差約為9m)。

        在提前查清斷面位置及落差后,采用提前起坡過斷層的方法,其平面圖及施工剖面圖見圖3、圖4。

        圖3 提前起坡過斷層預想施工平面圖

        圖4 提前起坡過斷層施工預想剖面圖

        通過圖3,可以明顯觀察到,采取提前過斷層的施工方式,一是避免了施工硬度較大的煤層底板巖石,提高了掘進效率;二是減少了因煤層揭露斷層帶來的斷層破碎帶范圍,提高了現(xiàn)場施工的安全系數(shù);三是可以提前揭露斷層下盤的煤層,從而可以將原停采線位置延長約16m。按120m 面寬,2.5m煤厚,1.4t/m3的容重計算,可以將工作面可采儲量增大6720t。按煤價600 元/噸計算,企業(yè)可直接增收403 萬元,經(jīng)濟效益十分可觀,并能在一定程度上緩解礦井接續(xù)緊張。

        5 總結(jié)

        通過科學合理的預測預報手段及鉆探驗證方法,提前查清掘進迎頭前方的斷層產(chǎn)狀,在順槽掘進中提前變坡過斷層,使掘進盡可能施工硬度較小的煤層頂板巖石,在保證施工安全和提高掘進效率的同時,最大限度減少斷層造成的儲量損失,為企業(yè)增收數(shù)百萬元,又能適當緩解礦井接續(xù)緊張。

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