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        復(fù)雜條件下綜采工作面過大斷層方案探索與實(shí)踐

        2021-01-09 05:37:48王吉文
        山東煤炭科技 2020年12期
        關(guān)鍵詞:采煤機(jī)斷層頂板

        王吉文

        (中煤新集能源股份有限公司劉莊煤礦,安徽 潁上 236215)

        中煤新集劉莊煤礦171306(外)工作面地質(zhì)條件極為復(fù)雜,工作面兩順槽在掘進(jìn)期間揭露斷層較多。根據(jù)地質(zhì)資料顯示,該工作面回采至580 m 時(shí),膠帶順槽將進(jìn)入FL14斷層及其次生構(gòu)造影響區(qū)域,工作面回采較為困難,過斷層期間存在頂板片漏風(fēng)險(xiǎn),托頂煤區(qū)域給工作面防滅火帶來一定難度,局部破煤層頂板砂巖回采時(shí)會(huì)造成工作面機(jī)電設(shè)備損壞等,給礦井安全生產(chǎn)及產(chǎn)量壓力帶來較大不利影響。為此,礦井積極探索出適合該工作面過大落差斷層的科學(xué)合理方案,對(duì)礦井的安全生產(chǎn)和緩解礦井的壓力具有十分重要意義。

        1 概況

        劉莊煤礦171306(外)工作面為1713(西翼)采區(qū)第四個(gè)回采工作面。該工作面西臨171305(里)工作面,東臨西三13-1 煤集中大巷,南臨171305(外)工作面及F6 斷層,北臨171306(里)工作面。工作面膠帶順槽可采傾向長約為1 118.8 m(平距),軌道順槽可采傾向長約為1 028.3 m(平距),切眼斜長約為317.4 m。工作面最小煤厚為4.67 m,最大煤厚為6.49 m,平均為5.50 m。

        工作面總體為一單斜構(gòu)造,煤層走向?yàn)?10°~60°,傾向?yàn)?0°~140°,傾角為4°~10°,平均傾角為5°。工作面兩順槽在掘進(jìn)期間共揭露20 條斷層,均為正斷層,大于落差2.0 m 的斷層有 10 條,且以 FL13 斷層 (H=0~10 m)、FL14 斷層(H=6.5~7.0 m)、FL21 斷層(H=0~8.0 m)及 F8斷層(H=7.0~16.0 m)影響較大。其中FL14 斷層在軌道順槽和膠帶順槽均有揭露,貫穿整個(gè)工作面,對(duì)工作面回采影響較大。171306(外)工作面FL14斷層平面圖如圖1 所示。

        2 影響因素分析

        (1)工作面頂板管理難度較大。171306(外)工作面直接頂為砂質(zhì)泥巖,平均厚1.47 m,基本頂為細(xì)砂巖,平均厚6.5 m。過斷層過程中為減少設(shè)備損壞,將盡量少破頂板砂巖,此時(shí)存在托頂煤回采現(xiàn)象,且工作面受地質(zhì)構(gòu)造影響,斷層面附近頂板較為破碎,工作面在割煤、移架過程中頂板漏冒現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生。

        (2)工作面跟煤回采十分困難。因該工作面FL14 斷層落差較大(達(dá)14 m),斷層下盤將破底托頂煤回采,過斷層面后將追煤回采,此時(shí)仰采角度較大,回采相對(duì)困難。

        (3)工作面兩巷壓力顯現(xiàn)較為明顯。受地質(zhì)構(gòu)造及采動(dòng)影響,工作面回采過程中兩巷超前支護(hù)段及外段巷道壓力顯現(xiàn)較為明顯,導(dǎo)致巷道底鼓、幫部位移及頂板下沉等多種現(xiàn)象發(fā)生,加大了兩巷管理難度,巷道維護(hù)工作量較大。

        (4)過斷層期間機(jī)電設(shè)備損壞較嚴(yán)重。在過斷層期間,局部需破砂巖回采,或者大范圍破煤層底板泥巖,設(shè)備磨損將較嚴(yán)重,易產(chǎn)生大塊矸石,若破碎不及時(shí),易對(duì)整個(gè)運(yùn)輸系統(tǒng)造成破壞。

        (5)采空區(qū)防滅火形勢嚴(yán)峻。13-1 煤層為容易自燃煤層,最短發(fā)火期為36 d,斷層落差較大,導(dǎo)致工作面推進(jìn)速度較慢,且局部存在托頂煤回采,采空區(qū)內(nèi)遺留部分煤炭易出現(xiàn)氧化反應(yīng),給工作面防滅火工作面帶來極大難度。

        圖1 171306(外)工作面FL14 斷層平面圖

        3 過斷層方案及措施

        3.1 技術(shù)保障措施

        3.1.1 制定切實(shí)可行的過斷層方案

        (1)提前對(duì)斷層面(托煤頂區(qū)域)注漿加固

        ① 膠帶順槽托頂煤段施工淺部注漿孔79 個(gè)(孔深6~15 m),注水泥1318 袋;利用鉆場順層鉆孔注漿14 個(gè)孔,注水泥331 袋;采用鉆機(jī)施工深孔11 個(gè)(孔深40~170 m),注水泥277 袋;采用氣動(dòng)鉆機(jī)施工中深孔10 個(gè)(孔深10~20 m),注水泥152 袋。

        ② 軌道順槽托頂煤段施工淺部注漿孔60 個(gè)(孔深6~15 m),注水泥760 袋;利用巷幫順層鉆孔注漿6 個(gè)孔,注水泥161 袋;采用鉆機(jī)施工深孔15 個(gè),注水泥317 袋。

        根據(jù)過斷層實(shí)際情況,兩端頭托頂煤段及工作面內(nèi)可見鉆孔水泥柱,未出現(xiàn)大面積漏頂現(xiàn)象,預(yù)加固效果較為明顯。

        (2)嚴(yán)格落實(shí)過斷層技術(shù)方案

        ① 為增加工作面與斷層走向夾角,減小斷層面對(duì)工作面影響范圍,工作面采取斜交斷層面過FL14斷層方法,提前對(duì)工作面進(jìn)行調(diào)采,調(diào)采后機(jī)巷超前風(fēng)巷26 m。

        ② 合理調(diào)整采煤機(jī)截割層位。過斷層前期,斷層落差較大,工作面回采過程中需破煤層頂板施工,為避免破砂巖,采煤機(jī)在通過斷層面前提前剎底。隨著斷層面向機(jī)尾移動(dòng),斷層落差減小,次生斷層增多,為確保一直跟斷層面上盤煤層,回采工作面采取超前抬高運(yùn)輸機(jī)溜槽的方式,按照6°~15°仰角調(diào)整工作面運(yùn)輸機(jī)坡度,確保合理回采。171306(外)工作面過斷層預(yù)想方案地質(zhì)剖面圖如圖2 所示。

        圖2 過斷層預(yù)想方案地質(zhì)剖面圖(1:1000)

        ③ 過斷層期間,利用每天早班檢修時(shí)間對(duì)頂板破碎段頂板、煤壁注天固材料進(jìn)行預(yù)加固,共注180 t,防止煤壁大面積超前片漏,效果較為明顯。

        3.1.2 加強(qiáng)回采過程地質(zhì)保障,動(dòng)態(tài)優(yōu)化回采方案

        過斷層期間,為實(shí)時(shí)掌握工作面煤層層位及斷層影響情況,安排專門地質(zhì)人員,以不超過2 d 的頻次現(xiàn)場實(shí)測回采剖面,并及時(shí)下發(fā)各相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)、職能科室及施工單位。分管礦領(lǐng)導(dǎo)先后4 次組織相關(guān)工程技術(shù)人員分析地質(zhì)資料,動(dòng)態(tài)優(yōu)化回采方案,并現(xiàn)場配備測量工具,隨時(shí)測量運(yùn)輸機(jī)傾角及仰采角度,為快速順利通過斷層影響范圍提供了保障。

        3.1.3 加強(qiáng)“一通三防”管控,做好防滅火管理

        (1)在托頂煤段架間留設(shè)高壓管路并一直延伸,預(yù)防采空區(qū)內(nèi)煤炭自燃,及時(shí)采取措施。

        (2)堅(jiān)持每天頂板遺煤段撒防滅火劑,隔絕煤層與氣體發(fā)生氧化。

        (3)自膠帶順槽撥門口向里另增設(shè)一路直徑為Φ108 mm 法蘭盤管路,延接至11#鉆場;同時(shí)加強(qiáng)過斷層期間采空區(qū)CO 監(jiān)控,采用鉆機(jī)在鉆場內(nèi)施工防滅火鉆孔,做好注氮及注二氧化碳的準(zhǔn)備。

        3.2 機(jī)電設(shè)備保障措施

        3.2.1 加強(qiáng)設(shè)備檢修及配件儲(chǔ)備

        (1)區(qū)隊(duì)充分認(rèn)識(shí)到支架完好狀況對(duì)工作面頂板管理起關(guān)鍵性作用,提前對(duì)不完好支架進(jìn)行檢修,避免因支架不完好造成頂板片漏。過斷層前共計(jì)更換不完好支架大立柱14 根,護(hù)幫板油缸60 件,前梁油缸60 個(gè),備足了支架高壓膠管、運(yùn)輸機(jī)刮板、壓板等配件。

        (2)通過分析地質(zhì)資料,制定局部需破煤層砂巖頂板回采方案,過斷層前準(zhǔn)備了充足的采煤機(jī)高強(qiáng)度截齒。

        3.2.2 加強(qiáng)液壓系統(tǒng)檢修維護(hù)

        加強(qiáng)“五泵三箱”液壓系統(tǒng)檢修維護(hù),乳化液配比濃度及泵站壓力符合要求,保證支架初撐力滿足頂板支護(hù)要求,確保頂板支護(hù)安全有效。

        3.3 現(xiàn)場管控措施

        (1)嚴(yán)格執(zhí)行現(xiàn)場跟帶班制度。

        工作面過斷層期間,嚴(yán)格執(zhí)行礦領(lǐng)導(dǎo)、職能科室及區(qū)隊(duì)三級(jí)管理人員跟帶班,并現(xiàn)場交接班,重點(diǎn)盯防不放心區(qū)域施工及回采方案落實(shí),對(duì)工作面過斷層期間安全高效回采,起到了重要作用。

        (2)嚴(yán)格控制支架拉移方式,減少空頂時(shí)間,及時(shí)加固,嚴(yán)防漏頂。

        ① 斷層影響區(qū)域,安排技能水平高、責(zé)任心強(qiáng)的老支架工操作支架;回采過程中超前采煤機(jī)前、后滾筒收、伸護(hù)幫板不超過2 架;移架時(shí)采取少降快移、帶壓移架,漏頂嚴(yán)重區(qū)域嚴(yán)格執(zhí)行停機(jī)拉架制度。

        ② 頂板破碎易片掉區(qū)域,采取超前注天固材料預(yù)加固,在回采過程中,根據(jù)頂板情況,及時(shí)用錨網(wǎng)、半圓木、撞楔等備用料護(hù)頂防漏。

        (3)靈活調(diào)整采煤機(jī)進(jìn)刀方式,積極處理大塊矸石及鐵器雜物,確保運(yùn)輸系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。

        ① 隨著工作面全巖段范圍增加,及時(shí)調(diào)整雙向進(jìn)刀割煤為單向進(jìn)刀割煤,即采煤機(jī)下行割矸石,下滾筒破巖石后大塊矸石直接進(jìn)入系統(tǒng),避免了原雙向進(jìn)刀上行回采造成大塊矸石堵塞采煤機(jī)出料口現(xiàn)象,提高了回采效率。

        ② 過斷層破巖期間,下機(jī)頭、采煤機(jī)等處均準(zhǔn)備有多部風(fēng)鎬、大錘,對(duì)大塊矸石及時(shí)、快速破碎;對(duì)工作面頂板破碎段接頂木料、上下端頭錨桿(索)鐵器雜物,及時(shí)專人揀出,減少了運(yùn)輸系統(tǒng)影響。

        4 結(jié)論

        (1)自膠帶順槽LJ9 點(diǎn)后36 m 從下機(jī)頭開始揭露FL14 斷層,逐漸向工作面機(jī)尾方向移動(dòng),回采至軌道順槽GD13 點(diǎn)前26 m 在上機(jī)尾消失,共影響工作面推進(jìn)方向長度74 m,其中面內(nèi)最大影響范圍210 m,較預(yù)期大幅好轉(zhuǎn)。

        (2)自2 月29 日中班從下機(jī)頭揭露斷層,至4 月14 日夜班從上機(jī)尾消失,共影響45 d,其中3月份平均回采52 m,4 月份(1 日~14 日)平均回采22 m。

        (3)通過積極探索科學(xué)合理的工作面過大落差斷層方案,工作面實(shí)現(xiàn)了過大落差斷層的安全回采,大大縮短了工作面過斷層影響時(shí)間,極大地緩解了礦壓產(chǎn)量壓力,給類似工作面的回采提供了很好的參考借鑒。

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