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中厚煤层综采工作面快速过大断层群安全回采技术探究

2020-11-23 259 上传者：管理员

摘要：12408E综采工作面属于色连二矿东翼、二盘区首采工作面,地质条件复杂,面内共发育大小断层共14条,落差0.8～4.2m,对工作面的安全回采、原煤质量造成重大影响,对机电设备检修、维护提出了严峻的考验。文章研究了如何合理地选取过断层方法,通过工作面过断层的实践,总结了针对过落差大、数量集中、揭露面积大的断层群的回采技术方法,实现了安全、经济、高效过断层,为相似地质条件下的中厚煤层综采工作面过断层提供了参考。

关键词：
中厚煤层
地质构造
大断层
安全回采
煤炭资源
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断层是地层中普遍存在的地质构造，产生于不同地质年代的地壳运动，给矿井的安全生产、煤炭资源回收造成了严重的影响。断层形成的断层带附近，煤层顶板破碎度增加，煤层厚度、煤层层位发生变化，煤层顶底板出现错位，煤层发生起伏[1,2,3,4,5]。在回采过程中，断层附近影响范围，巷道煤岩变形、破碎及回采煤壁发生片帮、掉顶，支护难度加大，甚至出现压死支架的现象;断层的构造成为地层中导水通道及有害气体的储存仓库，通过断层影响范围时，会导致有害气体及矿井水涌出，给矿井安全生产造成极大的困难。结合色连二矿12408E综采工作面过F408E-6、F408E-5、F408E-3、F408E-2断层群的施工，对中厚煤层综采工作面过大断层群施工安全技术进行研究与应用。

1、工作面地质概况

12408E工作面位于矿井一水平、二盘区，为4-1煤层东翼首采工作面。该工作面西起4-1上煤层回风大巷，东至井田边界保护煤柱线;西侧有已施工的3-1煤层和4-1煤层盘区大巷，工作面南侧为天然气管线保护煤柱，暂不能开采，北侧有设计的12409E工作面，上下部煤层均未有采动。地质构造情况:煤(岩)层倾向124°～297°，煤层倾角0～3°，平均1°;煤厚0.6～3.2m，平均煤厚2.31m。4-1煤层黑色，褐黑色，光泽暗淡，以暗煤为主，含丝炭，夹镜煤线理，为半暗型煤。直接顶以砂质泥岩为主，平均厚度1.47m;老顶为中砂岩，平均厚度为3.3m;直接底为砂质泥岩，平均厚度4.05m;老底为细砂岩，平均厚度7.31m。直接顶岩石硬度系数1.0～2.4，直接底岩石硬度系数0.4～4.2。该面地质构造较为复杂，面内共发育14条断层，其中F408E-6、F408E-5、F408E-3、F408E-2断层分布较为集中，落差在0.8～4.2m，对工作面的安全生产及资源回收造成了极大的困难[6,7,8]。

2、过断层方案比较

12408E工作面共揭露14条断层，其中以F408E-6、F408E-5、F408E-3、F408E-2组成的断层群对工作面安全回采及煤炭资源回收影响最大，下面以工作面过F408E-6断层为例阐述综采工作面过断层技术方法，根据F408E-6断层的产状及地质条件，提出以下三种过断层方法:

1)放松动炮法过断层。当工作面煤层顶底板岩石很硬且断层落差不是很大，采用采煤机直接割煤层顶底岩石较为困难时，可采取超前回采煤壁放震动炮的方式过断层，减少坚硬岩石对机电设备的损耗[9]。但在放震动炮前，需对工作面爆破区区段的机电设备进行防护，现场施工工序繁琐，组织困难，而且增加了现场风险管控难度，易损坏机电设备及造成人身伤害，造成严重的社会影响。

2)重新布置切眼法。重新布置开切眼的方法不仅可以减少断层对生产造成的顶板、水、有害气体的安全影响，还可以减少机电设备的损耗，减少工作面产矸量，提高原煤煤质[10]。重新开切眼的方法适合于煤层顶底板岩石坚硬且断层落差很大时，但重新布置切眼的掘进工程及机电设备拆装需耗费至少两个月时间，将给矿井生产接替造成很大的困难，而且耗费巨大的经济成本，于成本、进度的目标控制都不益，因此予以否决。

3)飘车挑顶、刹车破底法过断层。当工作面煤层顶底板岩石硬度不大或断层落差较小时，采用挑顶破底法直接推过断层[11]。这种方法不仅可以节省开切眼的掘进及机电设备拆装的费用，还能缩短工期，减轻矿井生产接替压力，提高煤炭资源的回收率，方便现场安全管理，于安全、进度、经济目标的控制都是有益的。

综合上述三种过断层方案的比较，选取飘车挑顶、刹车破底法过断层的方案最为合理。

3、过断层技术

根据F408E-6断层走向、倾向、倾角、落差，以及断层在工作面内延伸情况，过断层时需采取以下技术方法:

1)断层面与回采煤壁夹角小，几乎平行，且断层落差大，断层在工作面内暴露范围大，面内连续出现30～50架全岩的情况。因此，过断层前，调整工作面回采方向，增大断层面与工作面的夹角，减少断层面的暴露范围，便于顶板管理，避免矸石量过于集中，减少机电设备的损耗。调整工作面，需防止煤机在运输机头、机尾割不透。断层暴露范围随工作面推进向回风巷方向移动，平均每割2刀煤，断层向回风方向移动一架。

2)工作面胶带端头先揭露断层，为减少煤炭资源浪费，距离断层揭露位置10m时调整割煤层位，工作面机头、机尾10架跟着工作巷顶板回采、顺平工作面巷道，工作面内距离断层揭露位置10架提前挑顶或刹底，挑顶、刹底范围随断层揭露范围而移动，平缓过渡，其余支架跟着煤层顶板回采。

3)工作面过断层期间，为确保工作面机电设备良好运行，采煤机抬刀或卧刀量不大于150mm;随着断层由机头向机尾移动，断层落差也逐渐变大，工作面内超前断层揭露位置提前飘车挑顶的距离要加大，当断层落差达到4.2m时，需提前22m开始挑顶飘车。

4)采煤机无机载破碎机，工作面矸石量大、块度大、硬度强，造成煤机底部易堵货、运输机链条、链轮磨损严重，影响工作面推进速度，当工作面出现矸石量大时，在保证运输机正常运行的情况下，采用在运输机机尾多进刀方式，避免大量矸石从煤机底部通过，降低矸石对生产效率及机电设备的影响。

4、过断层安全技术措施

有了过断层技术方案，工作面能否安全高效推过断层，取决于如何控制工作面过断层的各个环节以及过断层期间的安全风险管控。

4.1 加强工作面顶板管理

1)采煤机后滚筒通过后立即伸出伸缩梁，移架距采煤机后滚筒4～6架，必要时采取追机移架;煤壁片帮区、端面距超过规定时必须带压移超前架，移架速度跟不上采煤机运行时，控制采煤机速度，必要时停机移架。

2)合理控制运输机上窜下滑，支架及运输机平直，支架间距均匀，不挤架、不咬架、不错架，相邻支架间错茬不超过顶梁侧护板的2/3，架间空隙不超过0.1m。

3)顶板破碎、片帮严重时采用带压擦顶移架，支架顶梁升平，升足支架初撑力，必要时拉超前架支护顶板。

4)严格控制采高及割煤层位，减少破矸、留顶底煤，加强煤质管理，遇到大块矸石时应停机破矸。

5)控制好刹底、飘车幅度，以满足运输机正常运输要求，工作面飘车、刹底段平缓过渡。

6)过断层前，须将单体、半圆木等应急支护材料储备在两工作面巷道内。

7)断层附近相关生产作业必须由有经验的工人进行，跟班班长要加强断层影响范围内的安全检查。

8)两端头三角管理:(1)控制煤机速度，并采取追机移架的方式移架，及时打出伸缩梁支护煤壁、顶板;(2)两工作巷超前架移架、单体回柱每次只向回采方向移一硐的距离;(3)过断层前，为防止工作面巷道内断层影响范围漏顶、片帮，超前工作面20m及时采取打单体挑棚、背帮等措施加强顶帮支护;(4)工作面两端头超前支护段锚杆、锚索绑扎扎丝防护到位，顶板烂网及时补好。

4.2 加强水情预测及防范

1)过断层前，现场人员要熟知透水征兆。

2)要加强水情观察，加强排水系统检修，发现异常出水等异常情况，按避灾路线撤离受水害威胁区域，且及时向矿调度及地测通防部汇报。

4.3 加强机电设备检修维护，确保机电设备正常

1)每班检查三机，对磨钝的截齿、刮板、链条及时更换，利于破矸和减少对设备的损坏。

2)加强机电设备及液压管路的检修维护，备品备件齐全，各类保护齐全可靠，确保机电设备正常运行。

3)加强煤机电缆保护，电缆槽内的浮矸要及时清理。

4.4 其他注意事项

1)煤机司机及支架工注意站位，防砸鞋、护目镜等劳保防护用品佩戴齐全，防止飞矸、片帮。

2)合理、有序地组织现场生产，确保工作面推进速度，以保证工作面快速通过断层影响范围。

3)采煤机(各转载点)喷雾和两巷的净化喷雾要正常使用，作业人员防尘口罩佩戴到位。

4)测气员加强现场甲烷、CO检测;跟班队长、回风隅角作业人员按要求佩戴甲烷、CO便携仪，机头机尾架档充填严实，回风隅角传感器按规定吊挂。

5)过断层期间，煤机在机头、机尾割煤时，拉设警戒距离不小于10m。

5、结语

在断层落差允许范围内，综采工作面选用“飘车挑顶、刹车破底”法过断层是最安全、经济、高效的。加强断层在工作面内及工作面巷道影响范围顶板控制，防止顶板掉顶、漏矸。根据工作面断层具体情况，合理控制工作面采高、飘车挑顶、刹车卧底的范围及幅度，起坡段平缓过渡，减少断层在工作面内暴露范围，防止因工作面起伏过大、矸石过多造成机电设备超负荷运行及磨损大，提高机电设备开机率，提高原煤煤质。加强机电设备检修、维护，保证机电设备连续正常运行，保证工作面推进速度，确保工作面快速通过断层。

参考文献：

[1]徐永圻.煤矿开采学[M].徐州:中国矿业大学出版社,2003.

[2]邹喜正.矿山压力与岩层控制[M].徐州:中国矿业大学出版社,2005.

[3]庞达,郭传清,王青海.综采工作面过大断层回采技术优化[J].煤矿现代化,2010,4(6):51-53.

[4]李以虎.综采工作面过大落差断层合理方法研究[J].煤矿开采,2013,4(6):42-44.

[5]宋延力,魏巍.回采工作面过断层的处理方法[J].山东煤炭科技,2005(4):57-58.

[6]周连春.老石旦煤矿综采工作面过断层技术[J].煤炭科学技术,2014,42(6):11-13.

[7]李建民,章之燕.采用不同工艺通过不同水文单元断层破碎带的实践[J].金属矿山,2009(S1):712-716,73.

[8]张盛.林南仓矿轨道石门过断层构造带支护设计与施工技术[J].煤炭工程,2018,50(8):50-52.

[9]陈艾.复杂条件下大断面煤巷过断层技术[J].煤炭工程,2011,43(4):28-30.

[10]杨胜,张志智,彭立华,等.大倾角煤层综采工作面过断层技术与实践[J].华北科技学院学报,2014,10(4):45-48.

[11]许宏发,耿汉生,刘伟东,等.基于的破碎岩体注浆加固强度增长理论[J].岩土工程学报,2014,6(5):1147-1151.