综放工作面过断层应用技术与实践

史之印 李海伟 于海洋 葛祥吉

(兖矿集团有限公司东滩煤矿,山东省邹城市,273500)

综放工作面过断层应用技术与实践

史之印 李海伟 于海洋 葛祥吉

(兖矿集团有限公司东滩煤矿,山东省邹城市,273500)

以3304综放工作面过FQ29断层为研究背景,通过对该断层产状和落差的分析,提出了合理过FQ29断层技术方案,并结合现场开采中对断层的揭露情况,验证了理论计算的该断层延伸速度和方向与实际揭露情况基本一致。过断层期间采用合理的层位控制、断层破碎区域铺设金属网等措施,通过了FQ29断层构造影响区,保证了3304综放工作面生产的安全稳定。

综放工作面 工作面过断层 层位控制

东滩煤矿井田范围内煤层赋存深度大、断裂构造发育。3304综放工作面断裂构造多,断层影响区域大,成为该工作面在开采过程中需亟待解决的问题,如何能够安全快捷地通过断层,已成为3304综放面安全稳定生产的关键。

1 工作面及断层概况

东滩煤矿3304综放工作面位于三采区南部,北邻3305综放工作面,南邻3303综放工作面采空区,西邻井田边界煤柱,东邻三采区轨道巷。该煤层厚度平均8.4 m,工作面采用综采放顶煤回采工艺,全部垮落法管理顶板,采高3.4 m,煤机截深0.75 m。工作面轨道巷长度944.5 m,运输巷长度929.5 m,工作面斜长255.5 m,共安装146组ZF12000/22/42型掩护式低位放顶煤液压支架,支架中心距1.75 m。工作面布置及断层示意图如图1所示。

据地质资料分析,当工作面推进到距切眼365～410 m范围内,将揭露FQ29正断层,该断层为层间滑动构造,滑动距离35～48 m不等,受滑动牵引影响,断层面附近煤层厚度变化较大,煤层顶板较为破碎。工作面推进至距切眼365 m时,预计在工作面91＃～92＃架揭露FQ29正断层,该断层向轨道巷方向延伸,倾角46°,落差1.6 m,当工作面推进到距切眼410 m时,断层在工作面轨道巷侧结束。

图1 工作面布置及断层示意图

2 理论分析

工作面能否直推过断层,主要根据工作面采高、煤层厚度及断层落差大小等因素进行判别,断层落差与煤厚及采高的关系见图2,分为两种情况。

(1)当煤层厚度较大,断层落差小于煤层厚度与工作面采高之差时,即两盘对接部分大于采高时,如图2(a)所示,工作面可直接推过断层,即:

式中:h——断层落差,m;

H——煤层厚度,m;

M——工作面过断层时采高,m。

图2 断层落差与煤厚及采高的关系

(2)当断层落差大于煤层厚度与工作面采高之差,两盘对接部分小于采高,如图2(b)所示,在煤层顶底板岩层较软,普氏系数f≤6时,可以考虑采煤机挑顶或割底的方式截割部分岩层通过此断层。

3 方案设计

3.1 方案确定

根据地质资料,3304综放工作面煤层平均厚度8.4 m,工作面采高3.4 m,因FQ29断层落差为1.6 m,根据理论分析可知,断层落差小于煤层厚度与工作面采高之差,属于断层两盘对接部分大于工作面采高类型,即采取工作面直接推过断层方式进行回采。

3304综放工作面沿推进方向揭露FQ29正断层时,首先揭露断层上盘,然后揭露断层下盘,由于正断层上盘相对下降,下盘相对上升,由下降盘向上升盘推进过程中应采取采煤机提刀过断层方案找到下盘煤层。

3.2 超前提刀距离确定

在采煤机提刀过断层期间,沿工作面倾向确定好采煤机超前断层面提刀距离为方案实施的主要环节。提刀距离太大,工作面留底煤较多,会造成资源浪费;提刀距离太小,跟不上断层延伸距离,会增大工作面过断层的时间,影响工作面生产效率,因此确定合理的超前提刀距离成为工作面能否顺利快捷通过断层的关键要素。

FQ29断层沿走向延伸45 m,沿倾向延伸96.25 m,采煤机截深0.75 m,工作面每推进一个截深,断层沿工作面倾向延伸距离为:

式中:l——每推进一个截深断层沿工作面倾向延伸距离,m;

L——断层沿倾向延伸距离,取96.25 m;

K——断层沿走向延伸距离,取45 m;

b——采煤机截深,取0.75 m。

由式(3)计算得到工作面每推进一个截深断层沿工作面倾向延伸距离为1.6 m。

经揭露FQ29断层落差为1.6 m,要完全通过此断层,则要求下盘不割底板矸石,此时上盘需提刀1.6 m方可完全通过。为适应前部运输机推移,防止支架倾倒,采煤机每个截深允许的提刀量不宜大于0.1 m,则采煤机每刀提刀角度满足:

式中:X——煤机每刀提刀角度,(°);

a——采煤机每个截深允许的提刀量,取0.1 m。

由式(4)计算得到采煤机每个截深提刀量在0.1 m,截深0.75 m时,提刀角度控制在8°左右。

采煤机提刀角度为8°时,从上盘向下盘共提刀1.6 m时,所需截割刀数为:

式中:n——从上盘提到下盘不割底板矸石所需截割刀数,刀;

h——上盘向下盘的总提刀量,即为断层落差,取1.6 m。

由式(5)计算得到在落差为1.6 m情况下,推进到下盘不割矸石,共需提16刀。

同时,为有效控制断层面附近顶板,使支架更好发挥控顶作用,断层面附近3架支架应放平前部刮板输送机。3304综放工作面采用SGZ1000/1400刮板输送机,溜槽与电缆槽总宽度为2.25 m,在工作面走向方向放平前部刮板输送机,所需截割刀数为:

式中:m——放平前部刮板输送机需截割刀数,刀;

c——运输机溜槽与电缆槽总宽度,取2.25 m。

由式(6)计算得到放平前部刮板输送机需要截割3刀。

综上所述,过FQ29断层期间采煤机从轨道巷向运输巷超前提刀距离为:

式中:la——采煤机从轨道巷向运输巷截割超前提刀距离,m;

d——断层面附近放平前部运输机后部的支架的宽度,包括3架支架,取5.25 m。

由式(7)计算得过FQ29断层期间,采煤机从轨道巷向运输巷超前提刀距离为35.65 m,因ZF12000/22/42型掩护式低位放顶煤液压支架宽度为1.75 m,需超前提刀20架支架宽度的距离。

4 回采实践

工作面在回采过程中,采煤机每推进一个截深,断层面便向轨道巷方向延伸1.2～1.8 m,因液压支架宽度为1.75 m,经揭露可知,每割一刀煤断层面与煤层交线向轨道巷方向延伸一个架子的宽度,由此可得,实际揭露的断层延伸方向和延伸速度与预测的情况基本一致。

采煤机在提刀过断层期间,每推进一个滚筒截深提刀幅度控制在100 mm左右,同时做好现场煤层割矸情况的统计。经统计可知,工作面内揭露的FQ29断层下盘最大见矸量为1.57 m(断层下盘煤层截割后露出的矸石高度,与探测的1.6 m断层落差一致,由断层落差所致),当滚筒提刀16刀之后见矸量为0.05 m,与理论计算一致,误差为断层落差在不同位置存在差异与液压支架推移刮板输送机达不到行程所致。

5 关键技术

(1)加强顶板管理。加强工作面顶板管理,顶板破碎时及时拉移超前支架进行支护,防止因顶板破碎诱发顶板事故;在顶板破碎片帮严重区域,采取上金属网方式对破碎顶矸进行维护,能够很好地防止掉矸漏矸和片帮冒顶现象发生,在工作面过断层中起到良好的作用。

(2)加强层位控制。为顺利快捷通过工作面断层,过FQ29断层期间提刀幅度控制在7°～8°范围内,即减少了上盘留底煤量又保证了下盘合理的割矸长度,为工作面上盘层位顺利快捷找到下盘层位创造了有利条件。

(3)加强设备检修。过断层期间,加强对液压支架与采煤机的检修力度,确保支架对顶板的支护有效,支架不得出现窜液自降现象;采煤机割矸量大,易损坏机刀及刀座,过断层期间全部采用进口耐磨机刀,对损坏的刀具及时更换,防止出现磨损刀具座现象。

6 结论

(1)东滩煤矿3304综放工作面FQ29断层落差小于煤层厚度与采高之差,采用直接推过方式过断层为合理方案。

(2)在断层落差为1.6 m时,采煤机超前断层面20架支架提前提刀,提刀幅度在7°～8°范围内进行截割。

(3)断层区域顶板破碎时采用及时拉移超前支架,片帮冒顶严重时采用铺设金属网对顶板进行维护,过断层期间实施效果良好,有效控制了工作面片帮和冒顶现象。

[1] 杨孟达,刘新华.煤矿地质学[M].北京:煤炭工业出版社,2000

[2] 徐永圻.煤矿开采学[M].徐州:中国矿业大学出版社,1999

[3] 综放工作面过断层顶板活动规律研究与应用[J].中国煤炭,2013(4)

[4] 周祖舜,王涛.综采工作面过大断层实践探讨[J].中国煤炭,2011(5)

[5] 杨俊哲.石圪台煤矿71203综采工作面过大断层技术研究与应用[J].中国煤炭,2009(11)

(责任编辑 张毅玲)

Application and practice on fully mechanized caving face passing through fault

Shi Zhiyin,Li Haiwei,Yu Haiyang,Ge Xiangji
(Dongtan Coal Mine,Yankuang Group,Zoucheng,Shandong 273500,China)

With the research background that No.3304 fully mechanized caving face passed through FQ29 fault,the technical proposal of passing through FQ29 fault reasonably was put forward according to the analysis of fault occurrence and fall;combined with the fault exposing situation in mining field,it verified that the theoretical calculation of the fault’s extending speed and direction were basically the same with actual situation.By adopting reasonable horizon control and metal nets in broken zone of the fault,the working face passed through the affected zone of FQ29 fault successfully,which ensured the mining safety and stability of No.3304 fully mechanized caving face.

fully mechanized caving face,working face passing through fault,horizon control

TD823

A

史之印(1975－),男,山东济宁人,工程师,从事采矿技术管理与研究工作。