俯斜综采工作面过断层技术与实践

张国英

(霍州煤电集团 方山木瓜煤矿, 山西 吕梁 033102)

俯斜综采工作面过断层技术与实践

张国英

(霍州煤电集团 方山木瓜煤矿, 山西 吕梁 033102)

针对木瓜煤矿10-208俯斜综采工作面回采过程遇7 m断层的工程实际,通过采取降低采高、破底穿岩、放震动炮、单向割煤等手段,不仅顺利安全通过断层,而且提高了生产效率,节约了成本,为解决综采类似条件的工程问题提供借鉴。

综采工作面;正断层;俯斜开采;破底穿岩

断层是岩层或岩体破裂后断裂两侧的岩层或岩体有显著位移的断裂构造,其对工作面的布置及生产有重要的影响[1]。过断层的方式不仅决定于断层的落差、走向、倾向、倾角,还与煤层的厚度,倾角,顶底板情况,生产条件等诸多因素有关[2]。一般情况下过断层主要采取方法有上盘破顶,下盘破底,破岩量由断层的落差及顶底板岩性决定;工作面调斜,减小断层区域暴露面积,这种方法在现场实施工过程中受限于刮板运输机上窜下滑(调斜调整),可行性不高[3]。其中断层区域顶板的控制是过断层的一个难点,断层在采动影响下易发生“活化”,煤层顶板岩层难以控制,尤其在开采区域断层较发育时,断层对矿压分布规律的影响十分明显。木瓜煤矿10-208工作面在切巷掘进过程中揭露一条落差7 m的断层F22正,断层切割整个工作面,对回采影响很大,本文以此断层为例,研究综采工作面直接过断层技术[4-6]。

1 工作面地质条件及装备

1.1工作面地质条件

木瓜煤矿10-208工作面位于木瓜矿10#煤二采区,为一单斜构造,走向NW,倾向NE,倾角3°～ 12°,煤层平均厚度3.5 m,盖山厚度213.2 m～305.9m。走向长度1 236 m,倾向长度245.4 m,可采长度1 095 m,地质储量1 340 205.85 t。在工作面切巷掘进过程中距10-2081巷63 m处揭露F22正断层,走向NW38°,倾向NE,落差7 m,断层上盘顶板为粗粒砂岩,下盘底板为泥质砂岩,工作面断层平面示意图,见图1。布置切巷时,穿断层上盘粗砂岩顶板掘进,直至断层下盘煤层。工作面安装后23#-46#液压支架位于上盘岩石段,工作面切眼断层剖面图,见图2。当工作面推进150 m时,断层在10-2082巷消失。

图1 工作面断层平面示意图Fig.1 Plan of fault of working face

图2 工作面切眼断层剖面图Fig.2 Profile of cutting-hole fault of working face

1.2工作面装备

工作面采用MG500/1200-WD型采煤机割煤,截深800 mm;SGZ1000/1200×2型刮板输送机,SZZ1000/400型转载机运煤,PCM375型破碎机破煤SSJ-1200/2×315型胶带输送机将煤运至10-208工作面溜煤眼。工作面顶板支护选用ZY7800/18/37型双柱掩护式液压支架;运输巷超前支护采用DW-28(32、36、45)型单体柱配合1.0 m金属π梁支护;回风巷超前采用型号为ZTCF45000/19/37型超前支架支护;采空区采用全部垮落法处理,顶板自然垮落。

2 工作面过断层方案

2.1工作面过断层方案确定

10-208工作面采用俯斜开采,推进方向前100 m范围内坡度为6°～12°。由于断层上盘顶板坚硬,断层落差大,如以上盘挑顶下盘破底的方式通过断层,则岩石工程量大,施工难度大,上盘放炮挑顶段顶板易碎且采高不易控制,综合考虑以上诸多不利因素,最终采取以破下盘底板为主的方式通过,放震动炮预裂,当底板厚度小于0.5 m时采煤机直接割过。

2.2工作面过断层方案实施

1)工作面过断层的首要任务是上盘卧底找煤,在开始回采时,工作面以15°左右角度俯采,从现场施工观察,俯采角度最大时达到20°,当工作面推进35 m时,工作面断层发育至62#架,此时上盘不破顶板,仅破下盘底板的方式过断层,工作面断层位于62#架时剖面图,见图3。

图3 工作面断层位于62#架时剖面图Fig.3 Profile of fault of working face at No.62 support

2)由于切巷前100 m俯斜角度大,达到6°～12°,工作面断层落差大,下盘采煤机破底爬坡,下盘破底长度小会造成采煤机通过负荷过重,从现场观测,下盘区域破底40架,才能保证采煤机顺利通过。

3)工作面推进100 m以后,工作面整体下山角度将变小(大约3°左右)。预计工作面推进至125m时,断层将会发育至124#架,下盘破底16架,刮板工作坡度达到12°,达到采煤机爬坡极限能力,此时仅破下盘底板的通过方式无法满足正常割煤,所以断层在115#架时就要开始提刀,破上盘顶板,缓冲刮板角度,确保采煤机顺利通过,工作面断层位于115#架时剖面图,见图4。

图4 工作面断层位于115#架时剖面图Fig.4 Profile of fault of working face at No.115 support

3 工作面过断层工艺及措施

3.1工作面过断层工艺

1)降低采高过断层。由于断层落差大,破岩量大,在回采过程中降低采高可以大大减少破岩量,采煤机通过最低高度为2.2 m,所以控制采高2.5 m(保证300 mm余量),确保采煤机顺利通过。

2)放震动炮过断层。由于断层落差大,工作面揭露岩石段长,科学合理的布置炮眼,采取少装药放小炮方式进行预裂,预裂深度为800 mm,保证采煤机顺利通过即可,爆破后大大的减少了截齿的使用量,同时用废旧皮带包好支架等设备,防止崩坏[7]。

3)单向割煤过断层。俯斜开采过程中,采煤机上行坡度大会造成割煤过程中扫矸负荷过重,在顶板允许的情况下转换割煤方式,采煤机下行单向割煤,追机移架,采煤机上行反空刀再移刮板,减轻采煤机上行负荷[8]。

3.2工作面过断层时的问题及采取措施

1)初次垮落前拉架支架向煤帮倾倒。由于工作面采用俯斜开采,顶板初次垮落前,移架过程中支架向煤帮倾倒,给安全生产带来很大隐患。在此情况下,移架前在支架顶梁前端施工一根单体柱,支撑支架顶梁,可以有效避免支架降架后向煤壁倾倒的现象。

2)断层区域刮板运输机移设困难。刮板运输机移设困难主要由两方面原因造成:一是大倾角俯采过程中采煤机滚筒旋转不能将煤矸有效的甩进刮板运输机,造成刮板移设过程中前方阻力过大,发生刮板顶翻事故;二是俯采变为平推时,直接大幅度提刀会使支架过桥挤压推移横梁,容易造成推移横梁变形。针对这两种情况,在施工过程中一是采用人工拉底,彻底清开刮板前方煤矸,二是移架过程中在支架顶梁前方施工两根单体柱吊架,保证支架过桥不挤压刮板输送机,通过这两种方式保证了顺利顶移刮板输送机。

3)支架歪斜。由于断层落差大,断层局部区域倾角大,造成支架歪斜,这种情况下采煤机司机在割煤过程中要顺平底板,减小坡度,拉架工在拉架过程中降架后及时靠架,防止咬架现象的发生[9]。

4)下盘顶煤不易控制。断层下盘区域顶煤不易控制,造成支架错差大、超高、不接顶的现象,这种情况下,采取超前拉架,带压前移,单体柱辅助移架支撑等方式提高了留顶煤质量[10]。

5)设备故障率高。过断层期间设备负荷重,造成设备故障率高,严重影响工作面快速推进。因此在过断层期间,要做到加强设备检修,保证设备良好运转;支架不得出现跑冒滴漏的现象,保证支架接顶严实,初撑力达标;在放炮时必须停止乳化液供应,防止放炮后矸石崩到手把,造成供液后支架自降,发生冒顶事故;刮板输送机及转载机必须保证刮板齐全紧固,采煤机必须保证截齿齿套齐全,乳化液压力不得低于30 MPa。

4 结束语

木瓜煤矿10-208俯斜综采工作面通过采取降低采高、破底穿岩、放震动炮、单向割煤等手段,顺利安全通过7 m大断层。这种方式与上盘破顶,下盘破底的方式相比,减少了岩石工程量,且施工简单,顶板控制容易;与重送切巷方式相比减少了掘进及二次安装时间,缓解了采掘紧张的局面。实践证明,俯斜综采工作面采用破底穿岩通过断层的方式,不仅安全通过断层,而且提高了生产效率,节约了成本,为解决综采类似条件的工程问题提供借鉴。

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(编辑:武晓平)

TechnologyandPracticeofFully-mechanizedDipMiningFacePassingthoughFault

ZHANGGuoying
(FangshanMuguaMine,HuozhouCoal&ElectricityGroup,Lvliang033102,China)

When No.10-208 fully-mechanized dip mining face met a 7-meter fault in Mugua Mine, some approaches, such as lowering mining height, breaking floor, blasting tremor, and one-way cutting, were used to realize the smooth passing-through in order to improve the production efficiency and reduce the cost. The study could provide a reference for the similar engineering problems in the fully-mechanized mining.

fully-mechanized working face; normal fault; dip mining; breaking floor

TD823

A

1672-5050(2017)03-0019-04

10.3919/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2017.06.006

2017-06-05

张国英(1986-),男,山西运城人,大学本科,助理工程师, 从事煤炭采掘技术工作。