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        綜采工作面過斷層回采工藝及支護(hù)技術(shù)

        2023-03-07 09:26:06楊堃垚
        山東煤炭科技 2023年1期
        關(guān)鍵詞:管棚煤體采煤機(jī)

        楊堃垚

        (潞安化工集團(tuán)溫莊煤業(yè)有限公司,山西 長治 046300)

        斷層侵入工作面煤體后破壞了煤體結(jié)構(gòu),造成斷層區(qū)巖體增加、煤體破裂,增加了工作面破巖量以及回采難度。傳統(tǒng)工作面過斷層方法主要包括強(qiáng)行破巖法(機(jī)械破巖、爆破破巖)、鑿巷法、新開切巷法等。但是在實際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn),傳統(tǒng)過斷層回采工藝存在很多問題,強(qiáng)行破巖時設(shè)備故障率高、破巖量大等;鑿巷法適用于端頭斷層,工作面揭露斷層采用該方法時巷道掘進(jìn)工程量大、通風(fēng)困難;新開切巷法適用于過大斷層,不適用中小斷層。當(dāng)工作面揭露斷層后,采取合理回采工藝對工作面加快回采速度、減少破巖量、增加煤柱回采率具有重要意義。

        1 概況

        潞安化工集團(tuán)溫莊煤業(yè)有限公司15202 工作面東為15201 工作面(已回采),西為采空區(qū),南為二采區(qū)膠帶上山,北為井田邊界。15202 工作面回采煤層為15#煤層,厚度3.08~4.91 m,平均4.45 m,煤層中含有1 層夾石,巖性為灰黑色砂質(zhì)泥巖。煤層頂板大部分為泥巖或砂巖,底板為泥巖或粉砂巖。根據(jù)15202 工作面鉆孔ZK156,煤層厚度為4.83 m,煤層頂?shù)装鍘r性見表1。

        表1 15202 進(jìn)風(fēng)順槽掘進(jìn)的15#煤層頂?shù)装鍘r性表

        15202 工作面地質(zhì)構(gòu)造單一,主要以中小斷層為主,工作面回采期間預(yù)計揭露8 條斷層,斷層平均落差為1.5 m。工作面在前480 m 回采過程中已揭露5 條斷層(逆斷層2 條、正斷層3 條),斷層最大落差為1.2 m。工作面前期采用前行破巖法過斷層回采工藝。

        2 俯斜回采施工方案

        工作面回采至475 m,在67#~84#支架前方揭露F11 正斷層,斷層落差為2.1 m,傾角為54°。斷層區(qū)巖體分兩部分,上半部分以致密的細(xì)砂巖為主,巖體呈褐色,巖體厚度為1.5 m,平均單軸抗壓強(qiáng)度達(dá)54 MPa;下部分巖體以砂質(zhì)泥巖、碳質(zhì)泥巖為主。該斷層對工作面走向影響長度為57 m。

        2.1 施工方案對比分析

        為了加快工作面過斷層區(qū)速度,減少采煤機(jī)破巖量,降低采煤機(jī)故障率,提出了兩種回采方案[1-5],并進(jìn)行分析對比:

        (1)方案一強(qiáng)行破巖法:不調(diào)整工作面回采角度,采用采煤機(jī)直接破除斷層區(qū)巖體,直至工作面過斷層。采用該方法優(yōu)點是工作面俯角小,有利于支架、刮板輸送機(jī)等設(shè)備推移;缺點是破巖量大,破巖期間設(shè)備損壞率高,而且斷層區(qū)煤體回采率低,采空區(qū)內(nèi)遺煤量大。

        (2)方案二俯斜回采法:工作面回采至斷層區(qū)時以設(shè)計坡度下山回采,揭露斷層上盤煤體后繼續(xù)以近水平角度回采。該方法優(yōu)點是減少斷層區(qū)破巖量,提高斷層區(qū)煤柱回采率,降低設(shè)備故障率;主要缺點是在斷層區(qū)回采坡度在10°~20°范圍內(nèi),回采坡度對移架影響大,且頂板需采取加固措施。

        綜上對比分析,決定在15202 工作面采取俯斜回采工藝。

        2.2 回采工藝

        (1)由于工作面揭露的斷層巖體為混合巖層,上部巖體硬度高,不利于采煤機(jī)截割,下部巖體硬度相對較低,可采用采煤機(jī)適當(dāng)破巖,所以工作面在進(jìn)行俯斜回采時,對斷層區(qū)下部巖體進(jìn)行松動爆破預(yù)裂。

        (2)首先調(diào)整工作面?zhèn)涡?,并將斷層區(qū)附近煤巖體清理干凈,工作面從機(jī)頭斜切進(jìn)刀,當(dāng)工作面回采至60#支架處時,采煤機(jī)以12°俯角下山回采,俯斜俯采時留斷層下盤頂煤,如圖1。

        圖1 15202 斷層區(qū)俯斜回采剖面示意圖

        (3)采煤機(jī)俯斜回采至斷層巖體區(qū)時,對底部巖體采用機(jī)械破巖,當(dāng)工作面俯斜回采至84#支架時工作面揭露斷層上盤煤體底板,此時調(diào)整采煤機(jī)俯斜角,以近水平回采。以此類推,直至工作面完全過斷層。

        3 俯斜段回采安全措施

        由于15202 工作面回采的15#煤層在斷層影響下,破壞了煤體連續(xù)承載結(jié)構(gòu),煤體內(nèi)部裂隙發(fā)育,在斷層區(qū)附近俯斜回采留頂煤時很容易出現(xiàn)冒漏事故,所以決定對預(yù)留頂煤區(qū)采取超前管棚、錨索棚支護(hù),如圖2。

        圖2 15202 工作面斷層俯斜段支護(hù)示意圖

        3.1 超前管棚支護(hù)

        (1)超前管棚支護(hù)施工在俯斜段頂板上,超前管棚支護(hù)體采用L3.5 m、Ф30 mm 的玻璃鋼,支護(hù)體主要由桿體、自鎖件、托板等部分組成,自鎖件安裝在桿體端頭,通過自鎖件可將桿體緊緊固鎖在鉆孔內(nèi)。

        (2)當(dāng)工作面俯斜回采后,及時將俯斜段支架超前移架支護(hù),然后利用手持鉆機(jī)在俯斜段頂板上施工超前支護(hù)孔,鉆孔垂直于煤壁布置,孔距為1.0 m,深度為3.0 m。

        (3)在回采過程中,隨著工作面推進(jìn),超前管棚支護(hù)體逐漸被揭露。當(dāng)揭露管體長度達(dá)1.0 m后,及時在其下方鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)并采用托盤進(jìn)行固定;當(dāng)揭露管體長度達(dá)2.5 m 時,及時施工第二排管棚支護(hù)。

        3.2 邁步式錨桿棚支護(hù)

        (1)當(dāng)工作面回采期間煤壁片幫造成端面距加大,需對頂板施工錨索棚進(jìn)行支護(hù)。錨索棚采用邁步式布置方式;錨索棚主要由玻璃鋼梯形梁和玻璃鋼加長錨桿組成;梯形梁長3.5 m,寬0.4 m,每架梯形梁采用3 根長度為3.0 m、直徑為25 mm 玻璃鋼錨桿進(jìn)行固定。

        (2)梯形梁棚支護(hù)在60#~84#支架前方,每兩架支架支設(shè)一架錨索梁棚,布置間距為1.75 m(一個支架寬度),每排支設(shè)8 架,相鄰兩排梯形棚布置排距為1.5 m,且相互交錯邁步式布置。

        4 結(jié)語

        15202 工作面過F11 斷層期間通過合理優(yōu)化回采工藝,采取聯(lián)合支護(hù)技術(shù)后,取得了顯著成效:

        (1)與傳統(tǒng)回采方案相比,俯斜回采法解決了工作面斷層期間破巖量大、遺煤量大以及設(shè)備故障率高等技術(shù)難題。15202 工作面采取俯斜回采法過F11 斷層,減少破巖量1123 m3,提高煤柱回采量0.75 萬t。

        (2)對俯斜段頂板采取聯(lián)合支護(hù)技術(shù)后,防止了俯斜段預(yù)留頂煤時出現(xiàn)破碎冒漏現(xiàn)象,提高了俯斜段頂板平整性,確保支架在俯斜段具有足夠的工作阻力。

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