公烏素礦1604綜放工作面過斷層技術研究

張金山，鄭彥濤，高國強，劉 偉，孔維科

(內蒙古科技大學礦業工程學院，內蒙古 包頭 014010)

在煤礦生產過程中，回采工作面遇到落差大于采高的斜交斷層，斷層構造將會給回采速度、安全技術等方面帶來很大影響［1］。分析綜放工作面的特殊地質構造和現場工況，制定綜合性技術方法和措施，成為復雜地質條件下綜放成功應用的關鍵。

1 工作面與斷層F3概況

1.1 工作面概況

公烏素煤礦位于內蒙古自治區烏海市南部海南區境內，屬于桌子山煤田東南部的公烏素勘探區。1604工作面位于主井東部，16#煤層露頭以南，西部是1602工作面采空區，北部為井田邊界線，南部是16#皮帶下山，東部為實體煤層東部。地面為比高不大的丘陵地貌，地面無任何建筑物。工作面地面標高+1230 m，井下標高+1080 m。煤層走向N35°E，走向長度1768 m，傾斜長度310 m，面積548080 m2。開采煤層為16#煤層，煤層厚度8～11 m，平均厚度8.5 m;傾角15°～25°，平均角度 18°。煤層結構較復雜，16#煤層頂板為以深灰色泥巖為特征的砂質泥巖，厚度4～6 m，穩定程度為微有起伏，16#煤層煤種硬度 f=1.5，含夾矸5～7層。6#煤層含矸5～7層，16#煤層底板為以灰石英為主的砂巖，厚度3～5 m，煤層頂板為砂質泥巖，厚度5～7 m，底板為細砂巖，厚度3～5 m。

1.2 F3 斷層概況

北采1604工作面回風順槽19#導線點前26 m處，將揭露H=10 m斷層傾角∠83°正斷層F3，回風順槽掘進時巷道下幫揭露29 m長，上幫全巖揭露20 m。運輸順槽631 m處將揭露H=7～10 m斷層傾角∠41°正斷層F4，根據斷層走向性質判斷為同一斷層，定義為F3。該斷層是隨工作面推進從工作面機尾揭露，由工作面機尾向機頭延伸，預計走向影響范圍295 m，預計推進355個循環過完空巷。其中斷層局部小裂隙發育，落差較大，對回采影響很大。F3斷層在工作面位置圖見圖1，F3斷層剖面示意圖見圖2。

圖1 F3斷層在工作面位置圖

圖2 F3斷層后巷剖面示意圖

2 過斷層方法研究與選擇

2.1 偽斜調整

首先根據斷層的產狀特征(斷層傾角80°左右)及設備情況做分析，1604回采工作面沿煤層傾向布置沿煤層走向推進，采用走向長壁后退式綜合機械化放頂煤采煤法。工作面支架選用 ZF6800/1.8/3.5、ZFG7200/1.9/3.6型液壓支架采煤機選用可調高雙滾筒電牽引MGTY450/1020－3.3D采煤機，運輸機SGZ－960/1140型中雙鏈可彎曲刮板運輸機，乳化液泵BRW－500/31.5型。工作面在斷層處的傾角與斷層面的傾角越接近，割矸量就會越少，又必須保證設備的正常運轉，過斷層過程中工作面處控制的傾向角度不大于30°時，才能保證設備正常運轉的前提下割矸量最少。調斜增大工作面偽斜角至13°，使斷層與工作面斜交(其夾角為43°)從而減少斷層在工作面內的暴露長度。同時偽斜角的調整有利于防止刮板運輸機的竄動。

2.2 強行割矸

根據斷層的發育情況(層頂板屬中等穩定頂板，頂板為砂質泥巖，厚度4～6 m，底板為砂巖，厚度3～5 m)，暴露在工作面長達30 m，落差最大達10 m，上盤為砂質泥巖，下盤為砂巖，底板和頂板相比，頂板相對軟)，在回采過程中一定要割矸的情況下，采用多挑頂少割底的方法通過斷層。正確控制好工作面層位，根據斷層延伸方向，揭露斷層處往下30 m適當破頂，以破斷層上盤頂板為主，斷層面機頭側30 m左右工作面提前適當留底，以揭露斷層面為參照控制工作面層位。工作面機尾在接近斷層前20 m開始留底，每刀留底90 mm，斷層上盤工作面底板留底幅度控制在9°。斷層上盤提前適當破頂，每刀破頂高度為90 mm，預計35個循環工作面由上盤煤層推采至下盤煤層。采煤機破頂、拉鉤后要用木板梁及時剎頂，保證支架移架后接頂嚴密。在接觸斷層面時，在保證采煤機順利通過的前提下，采高要控制在2.4 m左右。工作面過斷層剖面圖見圖3。

圖3 工作面過斷層剖面圖

2.3 放震動炮

當矸石的硬度過大，煤機通過困難時，及時采用微震爆破放小炮的方式通過。井下各班保證2～3臺鑿巖機，處理斷層要打淺眼，打眼深度不超過1.5 m，這樣保證了打眼的速度與放震動炮的質量。嚴格控制炮眼的數量、深度及裝藥量，以盡量減少爆破對圍巖的震動。打眼放震動炮的方法處理，根據斷層區域坡頂板的厚度應用，有濕式打眼法分別布置單排眼、三排眼和三花眼，處理斷層要打淺眼、少裝藥、放小炮，斷層附近嚴禁放大炮。巖層厚度為0.4～1.0 m時，打單排眼，眼距為1 m;厚度為1.0～1.5 m 時，打三花眼，頂、底眼眼距為1 m;厚度為1.5～2.4 m時，打五花眼，頂、底眼眼距為1 m、眼深1.2 m，同時炮眼向機頭方向;水平角度均為70°～80°;垂直角度。頂角上揚10°、底角下俯15°。中間打平眼，每眼裝藥量不超過2卷。采用大串聯連線，正向裝藥，一次裝藥方式，進行一次起爆。放炮時嚴格執行“一炮三檢”和“三人連鎖放炮”制度，有效地保證放炮作業安全。炮眼布置示意圖見圖4。

圖4 炮眼布置示意圖

3 安全技術措施

根據斷層的產狀和發育情況及工作面設備配置情況，選用以上綜合方案來快速通過斷層。在這個方案中做出了相應的安全技術措施。

3.1 過斷層處拉移支架要求

由于斷層處工作面坡度比較大，液壓支架容易出現擠架、倒架現象。首先保證該段支架必須在完好狀態下運行，拉移支架時要少降慢拉，同時也要及時調整側護板間隙，使支架垂直頂底板有效地控制頂板，防止冒頂事故的發生，并且保證了設備的完好。支架的逮頂幅度必須與煤幫輸送機的下剎幅度保持一致，同時上下臨架梁要襯平。

3.2 工作面頂板控制

在工作面回采至距斷層面10 m處時，開始采取“控制放頂煤，加快推進速度”的措施，減緩周期來壓的破壞性影響。在工作面回采至距斷層面5 m處時，開始進行掛金屬網(金屬網是用10#鐵絲編織50 mm×50 mm菱形網，頂網規格4.5 m×1 m，幫網規格2.5 m×1.0 m)掛網走向長度 10 m，傾斜長度30 m。掛網時工作面高度必須保證不超過2.4 m。掛網時，將采煤機、溜子電源閉鎖。人員站在采煤機上進行掛網，用鐵絲每隔100 mm進行聯接，網傾斜向搭接為200 mm，必須聯牢擰夠3～5扣，新網片壓在老網片上網與網聯接可靠。網掛好后進行拉架，使鐵絲網鋪在前探梁上方，拉架時嚴防支架將網刮住。采煤機破頂、拉鉤后要用木板梁及時剎頂，保證支架移架后接頂嚴密，從而實現安全作業。

3.3 設備防護

為防止放炮時破壞機電設備及巖石崩入架內和架間，放炮地點10 m范圍內，首先在支架的前柱間用舊皮帶和鋼板扎成擋矸簾，把支架頂梁及底腳全擋嚴，每架1塊，各個架間不留空隙，包括掩護支架的各種控制閥、燈、管線等構件。放炮時，采煤機要停靠在距放炮地點15 m以外的安全地點。每班設人定時對支架、運輸機、采煤機進行檢修和維護。

4 結語

1604工作面實際通過F3斷層時，推進速度達到1.8 m/d的正常值，在預期的時間內順利通過了斷層影響的范圍。在通過斷層期間，除煤質外，其他生產基本沒有受到影響。

綜放工作面過斷層時應充分考慮斷層的結構情況采取合理有效的技術措施，進行必要的調整后，可保證工作面快速、經濟地通過斷層。1604工作面過F3斷層的成功，為今后綜放設計大塊段、大儲量工作面的開采打下了堅實的基礎;同時也為綜放工作面遇到斷層的處理提供了寶貴的經驗，在綜放工作面設備保護、安全管理和推進速度等方面取得了較好的效果。

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