综采工作面过大断层实践探讨

周祖舜 王 涛

(1.山西临县西山晟聚煤业公司,山西省吕梁市,030022;2.西山煤电集团杜儿坪矿,山西省太原市,033200)

综采工作面过大断层实践探讨

周祖舜1王 涛2

(1.山西临县西山晟聚煤业公司,山西省吕梁市,030022;2.西山煤电集团杜儿坪矿,山西省太原市,033200)

介绍了杜儿坪矿68302工作面过大断层的方法,即预先在断层下盘掘探巷,用木垛在探巷内形成假顶,辅助液压支架接顶过大断层。该方案解决了工作面过大断层易发生冒顶事故的问题。

综采工作面 过断层 探巷 假顶

1 工作面概况

西山煤电集团杜儿坪矿68302工作面位于8#煤层北三盘区,走向长度827 m,倾向长度235 m,平均煤厚4.72 m,煤层结构复杂,夹矸厚度平均1.03 m。直接顶为黑灰色石灰岩,含黄铁矿石结晶和腕足类化石。

68302综采工作面有断层18条,地质构造发育。在回采过程中遇到的F13断层,落差约3.0 m,是几乎平行于工作面的正断层(回风巷揭露比进风巷揭露晚18 m),68302工作面F13断层处巷道布置见图1。工作面过陷落柱时曾发生过冒顶事故,因此,必须选择合适的方法安全通过大断层,以防止冒顶事故的发生。

2 过断层方案设计

2.1 方案设计

根据68302工作面情况,F13断层揭露于进风巷630 m处。根据现场实际情况,经过论证,决定采用掘探巷辅助通过F13断层。具体做法是:在工作面推进到距离断层20 m处时,以进风巷工作面煤壁断层处下盘夹矸以上为起点,沿断层边缘与顶板平行,在工作面掘出长150 m探巷以探明断层产状。探巷内紧贴顶板打设倾斜木垛,木垛捆绑悬吊在顶板上,使木垛与顶板成为一体,形成假顶,见图2。由于断层落差在2～4 m之间,通过事先对断层的下盘及探巷的顶、帮先行支护,并打设木垛,为工作面推进到断层时因支架无法上仰接顶创造条件。

2.2 工作面挑顶推进步距设计

(1)工作面正常推进至距断层24.8 m时,采高降至3.2～3.5 m。整个工作面沿走向方向开始抬起刮板输送机,每个采煤循环抬高0.1 m,推进13.4 m后,为了保证工作面采高能与探巷内提前支设好的假顶顺利搭接过渡,需开始挑顶,挑顶长度11.4 m。

(2)挑顶推进距离断层8 m时,根据68302工作面地质特征,决定将工作面刮板输送机的抬高过程分两段进行。第一段从1#至90#支架逐架提前6 m开始挑顶,每个采煤机割煤循环支架抬高0.2 m,第一割煤循环抬高10架支架,即从机尾的第1#架至第10#架,以后每循环再增加5架支架,逐步向机尾方向延伸挑顶长度,至断层处挑顶高度增加到1 m;第二段从91#支架至156#支架逐架提前8 m开始挑顶,每台采煤机割煤循环支架抬高0.2 m,抬高过程与第一段相同,至断层处挑顶高度增加到2 m,见图3。

图1 68302工作面断层处巷道布置图

图2 探巷木垛布置图

(3)挑顶采用打眼放炮方式,挑顶炮眼深度1～1.2 m,间距0.8 m。挑顶高度达到1 m时,打两排眼,达1.5 m时,打上、中、下3排眼,由下而上逐层爆破。

2.3 工作面推进揭露断层的选择

当工作面挑顶推进至将全部揭露断层时,有3种揭露断层的方法供选择,下文对3种方法进行了比较。

(1)工作面全长平行推进揭露法。工作面顶部和下部需打眼放炮,推进速度缓慢,一次揭露断层范围大,不利于顶板管理。

(2)工作面后半部先行推进揭露法。工作面后半部未掘探巷,断层边缘已揭露,此时采高在4.6～5.0 m之间,部分地段有片帮现象,如不及时推进,很容易造成下一步推进时发生大规模冒顶。选用本法要考虑刮板输送机机尾相对机头的超前距离、机尾支架倒架、采煤机无法正常反刀等问题。

(3)工作面前半部先行推进揭露法。由于工作面前半部临近探巷,如不及时通过,巷道极易压垮,而后半部断层前后有实体煤支护,不会发生大变化。而现场情况是,刮板输送机机尾比机头超前35 m,刮板输送机已调斜到极限位置,机尾无法先推进。

故提出采用第三种方法。

图3 抬高刮板输送机示意图

3 过断层应注意的问题

通过对以上几方面问题的研究,最终确定了工作面过断层时采用从工作面前半部先行通过断层的方法进行推进。在施工过程中,按照推进步距的要求,工作面前半部向前推进6 m后,液压支架与探巷中木垛假顶成功搭接,见图3(a)。后半部向前推进8 m后,工作面揭露了断层下盘见煤线,使液压支架顺利搭接断层下盘顶板。由于在工作面前半部向前推进的同时,提前给后半部的煤壁及顶板进行了注浆加固,极大地减少了由于矿压显现造成的煤壁片帮和顶板掉矸现象,并且有效地控制了巷道的变形量,使采动过程中的安全系数增加,施工过程中未出现大面积片帮和漏冒顶事故,至此,68302工作面F13断层全部揭露,见图3(b)。经过约20 d施工,顺利通过了此断层,大大缩短了施工工期。

在工作面过断层过程中,要注意以下问题。

(1)根据设计要求从机尾开始逐段向机头方向扩大挑顶范围,要严格控制挑顶水平步距。

(2)严格控制支护高度在3.0～3.5 m之间,刮板输送机与支架要同步随挑顶上仰,否则采高不易控制会发生冒顶事故,给揭露断层下盘顶板带来安全隐患。

(3)严格控制采高,减少相邻地质构造对工作面影响。

(4)上抬刮板输送机及支架过程中,由于上仰角度偏大,采煤机行走阻力大,速度缓慢,易损坏采煤机行走部件,需在刮板输送机与支架底座下加设枕木才能正常推进,无形中加大了推进困难程度,这就要求在施工过程中要严格控制刮板输送机与液压支架的上仰角度,避免液压支架倒架、错架等。

4 结语

通过事先掘送探巷,进一步探明了断层的产状及距工作面的水平步距,并能预先知道工作面支架与断层上盘顶板的高差,为工作面通过断层时的采高控制提供了可靠的技术依据,同时可以在探巷内提前对断层上盘、煤帮及顶板进行支护,使矿压应力达到平衡,加大了过断层期间的施工安全系数,消除了采动过程中发生大范围冒顶事故的隐患,保证了工作面安全快速通过构造。

本方法的成功实践,表明综采工作面通过平行于工作面落差2～4 m的大断层时,尤其是针对通过事先已揭露构造面大的断层,此方法值得进一步探索研究,推广应用。

The practice of crossing the oversized fault for longwall coal face

Zhou Zushun1,Wang Tao2
(1.Shanxi Lin County Xishan Shengju Coal Industry company,Lvliang,Shanxi 030022,China;2.Production Technical Section of Duerping Mine,Xishan Coal Electricity Group,Taiyuan,Shanxi,033200,China)

Introduced the method of crossing oversized fault at Duerping Mine 68302 working surface,mainly by heading of exploration roadway in advance,with wood crib to form the false roof of the exploration roadway,and to assist hydraulic supports crossing the oversized fault.This method solves the roof fall accident problems while crossing the oversized fault for coal face.

longwall coal face,cross the fault,exploration roadway,the false roof

TD823.99

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周祖舜(1963-),男,山西清徐人,大专学历,采煤工程师,现任山西临县西山晟聚煤业公司副经理、安监处长,主要从事煤矿安全开采工作。

(责任编辑 张毅玲)