首页 > 论文范文 > 工程工业论文 > 工程综合论文 > 矿业工程论文 > 大采高综采工作面过断层安全管理措施

大采高综采工作面过断层安全管理措施

2021-05-13 133 上传者：管理员

摘要：针对潞安化工集团李村煤矿1305大采高综采工作面回采过程中遇到断层构造的影响，通过三维地震勘探及揭露情况，确定了断层的大致范围、方位等，并结合大采高综采工作面回采过程中断层构造、采动压力及顶板来压的情况，分析以往过断层方法的优劣，决定采用松动放炮配合采煤机机组硬过的方法，顺利实现了1305综采工作面快速安全通过断层。

关键词：
大采高
断层
松动放炮
煤矿技术
矿业工程
加入收藏

随着我国经济的快速发展，对能源供应的需求日益增长，煤炭仍将长期作为我国的主体能源。然而煤炭开采过程中，经常遇到各种各样的地质构造，其中断层是最常见的一种。断层的存在对矿井生产组织、顶部管理、人员安全都有一定影响，致使工作面支架压力升高，增加顶板管理难度，同时加大顶板及机电事故的频率。因此，对过断层的技术实践研究具有十分重要的意义[1,2,3,4]。

1、工作面及断层概况

潞安化工集团李村煤矿1305大采高综采工作面北部为空白区，南部为1303工作面采空区，西部为一采区大巷，东部为井田东部边。1305工作面平均可采长度775m(进风巷侧772m,回风巷侧778m),切眼长250m,可采面积193750m2。

1305工作面按煤层走向布置，平均可采长度775m,切眼长250m,可采面积193750m2。煤层倾角-12～5°,平均倾角6°,煤层厚度5.1～5.8m,平均5.4m,采用走向长壁一次采全高后退式全部垮落综合机械化采煤法。根据三维地震勘探资料显示：1305综采工作面在机尾距开切眼118m处揭露逆断层FJ25,断距约0～4m,倾角约25°,方位角约为355°,见图1。工作面顶底板围岩及其特征，见表1。

2、综采工作面过断层工艺

目前，我国煤矿综采工作面过断层采用的施工工艺主要有跳采法和硬过法。

跳采法即工作面回采揭露断层后及时停采，在工作面回采前方开掘设备回撤通道，进行搬家倒面，重新开掘一条新的切眼。采用跳采法可直接避开断层构造的影响，但是在回采前方重新掘切眼会增加停采煤柱宽度，降低资源回收率，提高工作面开采成本，而且工作面搬家倒面需一定时间，造成时间、人力和物力的浪费，甚至可能会造成采掘衔接紧张。

强推硬过法即采煤机机组截割配合松动爆破的方式破岩，然后适当调整采高，工作面设备直接平推过断层[2]。调整采高平推的方式通常适用于断层落差较小、断层上下盘接触间煤层厚度大于液压支架通过下限高度的断层。在实际操作中，需要留顶煤或底煤过断层，之后逐渐恢复原采高。此种情况可采用留底煤的方式，上抬综采工作面，降低采高顺利通过断层，有效降低煤质含矸率，减少截齿消耗量，配合松动放炮，确保采煤机组顺利工作[3]。

综合分析以上两种过断层工艺方法的优劣，再结合李村煤矿1305工作面地质条件，决定采用强推硬过法通过断层构造。采用双滚筒采煤机机械落煤，遇到受断层影响且机组截割困难的区域，放松动炮落煤，采煤机与刮板机联合装煤，刮板输送机、转载机、可伸缩胶带输送机联合运煤，两柱掩护式液压支架支护顶板。机组割透端头煤壁后，将上滚筒降下割底煤，下滚筒升起割顶煤，采煤机反向沿刮板输送机弯曲段斜切入煤壁。采煤机机身全部进入直线段且两个滚筒的截深全部达到0.8m后停机。将支架拉过并顺序推溜顶过机尾(机头)后调换上、下滚筒位置向进刀端头割煤。采煤机再次割透端头煤壁后，再次调换上、下滚筒位置，向机尾(机头)割煤，开始下一个循环的割煤，割过煤后及时拉架—顶机尾(机头)—推溜，采煤机截割工艺如下：

1) 升起前滚筒、降下后滚筒、推动刮板输送机、机组割煤，沿刮板输送机弯曲段斜切入煤壁至顺槽壁大约50m处，工艺见图2。

2) 两滚筒截深全部达到0.8m后，停机、拉架、推刮板输送机。

3) 机组反向割煤，推刮板输送机、拉架割三角煤至端头。

4) 割透端头煤壁后，升起前滚筒、降下后滚筒，返空刀到斜切进刀正常截深，然后继续割煤直至另一侧巷道、重复2～4步骤。

根据工作面地质条件，在顶板稳定的情况下，采用双向邻架操作、顺序单架移架，滞后采煤机后滚筒3～4架移架；打护帮板采用双向成组动作，每组动作3～6架。顶板破碎段，每次只准收回1个护帮板，可紧跟前滚筒拉架或停机超前移架及时支护顶板。拉架完成后必须保证液压支架的直线度，偏差不得大于50mm,仰角不得超过7°,歪斜不得超过5°,相邻支架间不得有明显高低错茬。

推移刮板输送机时，保证0.8m的推进度，并于煤壁平行，除弯曲段其余部分不得出现弯曲。同时浮煤(矸)应及时清理，确保刮板输送机的平整，不得出现局部起伏的现象。若遇到顶板破碎大块石头掉落或松动放炮崩落大块石头，影响拉架推溜，采取打眼放炮的方式处理大石头。移架推溜困难时使用单体柱或木料辅助完成。

3、综采工作面过断层安全管理措施

3.1 煤壁注浆

1305综采工作面揭露断层后，在煤壁片帮严重的区域进行注浆管理。通过对工作面煤墙注浆，能够将断层影响的破碎煤岩体进行重新固结，重新恢复承载能力，使用的注浆材料为玛丽散，一种低粘度的高分子树脂材料，在遇到水和催化剂时会产生膨化产物，这种产物具有较大的粘结密实性，通过高压注浆泵将膨化产物加压到破碎煤岩体中，使其与煤岩体进行粘结，将破碎煤岩体重新粘结在一起形成新的整体，很大程度上提高了围岩的强度以及稳定性。

注浆效果的好坏直接取决于注浆压力。压力过大，容易造成煤岩体进一步劈裂破碎，进而导致浆液流失；压力过小，会导致浆液在煤岩体内部扩散不充分，填充不密实，从而造成注浆材料与破碎煤岩体之间粘结效果差。

结合注浆过程中经常存在的问题：一是注浆间距超过马丽散单孔凝固的有效半径，孔和孔之间达不到共同凝固煤体作用，生产过程中出现凝固区域整块掉落、煤墙呈鸡窝状现象；二是局部单孔注浆量大、浆末位置管理不到位，呈现注浆区域煤墙在浆末位置结块、掉落大块马丽散堵口现象，浆末位置顶板反复破碎现象；三是注浆过程缺乏有效监管，马丽散浆料外流现象严重，存在人为浪费材料现象。为保证合理的压力，依据李村煤矿以往的注浆施工资料以及现场试验，最终确定1305工作面煤壁注浆压力范围为10～12MPa,确定注浆参数布置如下：孔深8m,封孔4m。下排孔距底板1.5m,垂直煤墙打设；上排孔距顶板1m,仰角5°打设，注浆孔水平间距5.2m,三花布置，循环步距4m。注浆工艺见图3。

3.2 顶板管理

回采工作面要快速顺利通过断层构造，面临的安全威胁相对较多，诸如冒顶、倒架、片帮等众多危险有害因素，因此全面做好安全管理非常关键。在工作面现场作业时，应做好以下工作：

1) 加强断层位置探测管理。为了探明断层在工作面内部的走向情况。随着生产推进，利用检修时间，在断层延伸方向可能影响区域，打钻探测留设底煤厚度，分析、判断断层走向、延伸速度及推进之间关系。

2) 回采作业时，要加强工作面现场管理，及时调整支架高度，使液压支架接顶严密，并且保证支架初撑力不小于24MPa,同时随着断层的高低起伏变化，及时调整刮板输送机的坡度，保证输送机平直度达到要求。

3) 坚持正规循环作业，保证匀速推进，坚持跟机带压擦顶移架支护，防止断层影响区域应力集中造成冒顶、片帮。

4)加强顶板管理，每班安排专人重点对断层影响范围内的超前架、端头及工作面液压支架支护质量进行巡查，发现问题及时处理，确保支护强度。若开采过程中，出现了基本顶周期来压的问题，则必须加强工作面顶板支护管理，提高工作面工程质量管理，确保液压支架处于有效支护状态。

3.3 设备防倒

加强支架检修力度，确保支架支护性能完好，坚决杜绝串、漏液、自落现象。支架与大溜之间的连接装置必须完好，支架与支架之间要连接防倒链，移架后侧护板应及时打出，保证支架相互靠紧，严禁支架间出现大的间隙。如果支架有下滑趋势时，必须采取有效措施及时处理。当工作面支架出现倾斜现象时，通过支架侧护板及底调油缸调整支架防倒。采用人工卧底时，都必须用单体柱或木料将支架撑牢，必须有专人负责安全，浮煤(矸)清完后尽快将支架拉出，移架困难时，可以用单体柱或木料辅助移架。

3.4 工程质量

工程质量管理不到位对生产影响主要有两方面：一是工作面大溜平直度差，造成工作面局部应力集中、顶板破碎，工作面局部采高不足情况下，强行破顶、出现大面积漏顶现象，人为增加顶板管理难度。二是胶带跑偏、缠毛现象严重、胶带洒煤情况严重，增加了非构造因素的无效投工。因此，控制工程质量对于工作面顺利通过断层具有重要意义，必须保证工作面“三直一平两畅通”,保证液压支架和超前棚单体柱初撑力达标。

3.5 超前管理

1305工作面过断层在超前管理上暴露出以下两方面问题：一是机头巷道最低点挑顶区域管理及排水点管理不到位，产生影响为端头架通过时出现“卡脖子”现象、机头最低点不能按照计划节点推出、机头巷道处于应力集中区多处顶板下沉、积水区域设备检修难度增加(排头1号连接块断裂后长时间未能更换)、切眼构造区域顶板长时间空顶；二是机头～60号留底煤情况下，在支架上坡前未能超前计划在支架底靴垫料，产生影响为支架上坡时向机头侧倾倒，重心偏向老塘侧，大溜翘起现象。正是由于超前谋划、超前考虑不到位，提高了工作面过断层的难度，延长了顺利通过构造的时间，对矿井正常安全生产组织带来诸多不利影响。

4、结语

断层是煤矿生产中最常见的一种地质构造，断层影响范围内煤岩体破碎，对顶板管理带来很大困难，给工作面正常推进造成诸多困难。因此，笔者在结合其他综采工作面过断层技术的基础上，以李村矿1305综采工作面过断层为工程背景，分析了该工作面过断层期间技术、管理措施以及过程中暴露出的问题，以期为其他矿井综采工作面过断层提供一定的借鉴作用。

参考文献：

[1]武学兵.浅谈综采工作面过断层的技术应用[J].山西化工,2020,40(2):115-117.

[2]张鹏.综采工作面过断层期间的安全技术措施[J].山东煤炭科技,2020(7):72-73,80.

[3]杨斌.综采工作面过断层安全技术管理手段分析[J].江西化工,2020(2):300-301.

[4]马琳琳.综采工作面过断层采煤方法与顶板管理[J].魅力中国,2019(23):386-387.

安瑞廷,张奇.大采高综采工作面过断层技术实践[J].煤,2021,30(05):85-87.