綜放工作面過斷層應(yīng)用技術(shù)與實踐

史之印 李海偉 于海洋 葛祥吉

(兗礦集團有限公司東灘煤礦,山東省鄒城市,273500)

綜放工作面過斷層應(yīng)用技術(shù)與實踐

史之印 李海偉 于海洋 葛祥吉

(兗礦集團有限公司東灘煤礦,山東省鄒城市,273500)

以3304綜放工作面過FQ29斷層為研究背景,通過對該斷層產(chǎn)狀和落差的分析,提出了合理過FQ29斷層技術(shù)方案,并結(jié)合現(xiàn)場開采中對斷層的揭露情況,驗證了理論計算的該斷層延伸速度和方向與實際揭露情況基本一致。過斷層期間采用合理的層位控制、斷層破碎區(qū)域鋪設(shè)金屬網(wǎng)等措施,通過了FQ29斷層構(gòu)造影響區(qū),保證了3304綜放工作面生產(chǎn)的安全穩(wěn)定。

綜放工作面 工作面過斷層 層位控制

東灘煤礦井田范圍內(nèi)煤層賦存深度大、斷裂構(gòu)造發(fā)育。3304綜放工作面斷裂構(gòu)造多,斷層影響區(qū)域大,成為該工作面在開采過程中需亟待解決的問題,如何能夠安全快捷地通過斷層,已成為3304綜放面安全穩(wěn)定生產(chǎn)的關(guān)鍵。

1 工作面及斷層概況

東灘煤礦3304綜放工作面位于三采區(qū)南部,北鄰3305綜放工作面,南鄰3303綜放工作面采空區(qū),西鄰井田邊界煤柱,東鄰三采區(qū)軌道巷。該煤層厚度平均8.4 m,工作面采用綜采放頂煤回采工藝,全部垮落法管理頂板,采高3.4 m,煤機截深0.75 m。工作面軌道巷長度944.5 m,運輸巷長度929.5 m,工作面斜長255.5 m,共安裝146組ZF12000/22/42型掩護式低位放頂煤液壓支架,支架中心距1.75 m。工作面布置及斷層示意圖如圖1所示。

據(jù)地質(zhì)資料分析,當(dāng)工作面推進到距切眼365～410 m范圍內(nèi),將揭露FQ29正斷層,該斷層為層間滑動構(gòu)造,滑動距離35～48 m不等,受滑動牽引影響,斷層面附近煤層厚度變化較大,煤層頂板較為破碎。工作面推進至距切眼365 m時,預(yù)計在工作面91＃～92＃架揭露FQ29正斷層,該斷層向軌道巷方向延伸,傾角46°,落差1.6 m,當(dāng)工作面推進到距切眼410 m時,斷層在工作面軌道巷側(cè)結(jié)束。

圖1 工作面布置及斷層示意圖

2 理論分析

工作面能否直推過斷層,主要根據(jù)工作面采高、煤層厚度及斷層落差大小等因素進行判別,斷層落差與煤厚及采高的關(guān)系見圖2,分為兩種情況。

(1)當(dāng)煤層厚度較大,斷層落差小于煤層厚度與工作面采高之差時,即兩盤對接部分大于采高時,如圖2(a)所示,工作面可直接推過斷層,即:

式中:h——斷層落差,m;

H——煤層厚度,m;

M——工作面過斷層時采高,m。

圖2 斷層落差與煤厚及采高的關(guān)系

(2)當(dāng)斷層落差大于煤層厚度與工作面采高之差,兩盤對接部分小于采高,如圖2(b)所示,在煤層頂?shù)装鍘r層較軟,普氏系數(shù)f≤6時,可以考慮采煤機挑頂或割底的方式截割部分巖層通過此斷層。

3 方案設(shè)計

3.1 方案確定

根據(jù)地質(zhì)資料,3304綜放工作面煤層平均厚度8.4 m,工作面采高3.4 m,因FQ29斷層落差為1.6 m,根據(jù)理論分析可知,斷層落差小于煤層厚度與工作面采高之差,屬于斷層兩盤對接部分大于工作面采高類型,即采取工作面直接推過斷層方式進行回采。

3304綜放工作面沿推進方向揭露FQ29正斷層時,首先揭露斷層上盤,然后揭露斷層下盤,由于正斷層上盤相對下降,下盤相對上升,由下降盤向上升盤推進過程中應(yīng)采取采煤機提刀過斷層方案找到下盤煤層。

3.2 超前提刀距離確定

在采煤機提刀過斷層期間,沿工作面傾向確定好采煤機超前斷層面提刀距離為方案實施的主要環(huán)節(jié)。提刀距離太大,工作面留底煤較多,會造成資源浪費;提刀距離太小,跟不上斷層延伸距離,會增大工作面過斷層的時間,影響工作面生產(chǎn)效率,因此確定合理的超前提刀距離成為工作面能否順利快捷通過斷層的關(guān)鍵要素。

FQ29斷層沿走向延伸45 m,沿傾向延伸96.25 m,采煤機截深0.75 m,工作面每推進一個截深,斷層沿工作面傾向延伸距離為:

式中:l——每推進一個截深斷層沿工作面傾向延伸距離,m;

L——斷層沿傾向延伸距離,取96.25 m;

K——斷層沿走向延伸距離,取45 m;

b——采煤機截深,取0.75 m。

由式(3)計算得到工作面每推進一個截深斷層沿工作面傾向延伸距離為1.6 m。

經(jīng)揭露FQ29斷層落差為1.6 m,要完全通過此斷層,則要求下盤不割底板矸石,此時上盤需提刀1.6 m方可完全通過。為適應(yīng)前部運輸機推移,防止支架傾倒,采煤機每個截深允許的提刀量不宜大于0.1 m,則采煤機每刀提刀角度滿足:

式中:X——煤機每刀提刀角度,(°);

a——采煤機每個截深允許的提刀量,取0.1 m。

由式(4)計算得到采煤機每個截深提刀量在0.1 m,截深0.75 m時,提刀角度控制在8°左右。

采煤機提刀角度為8°時,從上盤向下盤共提刀1.6 m時,所需截割刀數(shù)為:

式中:n——從上盤提到下盤不割底板矸石所需截割刀數(shù),刀;

h——上盤向下盤的總提刀量,即為斷層落差,取1.6 m。

由式(5)計算得到在落差為1.6 m情況下,推進到下盤不割矸石,共需提16刀。

同時,為有效控制斷層面附近頂板,使支架更好發(fā)揮控頂作用,斷層面附近3架支架應(yīng)放平前部刮板輸送機。3304綜放工作面采用SGZ1000/1400刮板輸送機,溜槽與電纜槽總寬度為2.25 m,在工作面走向方向放平前部刮板輸送機,所需截割刀數(shù)為:

式中:m——放平前部刮板輸送機需截割刀數(shù),刀;

c——運輸機溜槽與電纜槽總寬度,取2.25 m。

由式(6)計算得到放平前部刮板輸送機需要截割3刀。

綜上所述,過FQ29斷層期間采煤機從軌道巷向運輸巷超前提刀距離為:

式中:la——采煤機從軌道巷向運輸巷截割超前提刀距離,m;

d——斷層面附近放平前部運輸機后部的支架的寬度,包括3架支架,取5.25 m。

由式(7)計算得過FQ29斷層期間,采煤機從軌道巷向運輸巷超前提刀距離為35.65 m,因ZF12000/22/42型掩護式低位放頂煤液壓支架寬度為1.75 m,需超前提刀20架支架寬度的距離。

4 回采實踐

工作面在回采過程中,采煤機每推進一個截深,斷層面便向軌道巷方向延伸1.2～1.8 m,因液壓支架寬度為1.75 m,經(jīng)揭露可知,每割一刀煤斷層面與煤層交線向軌道巷方向延伸一個架子的寬度,由此可得,實際揭露的斷層延伸方向和延伸速度與預(yù)測的情況基本一致。

采煤機在提刀過斷層期間,每推進一個滾筒截深提刀幅度控制在100 mm左右,同時做好現(xiàn)場煤層割矸情況的統(tǒng)計。經(jīng)統(tǒng)計可知,工作面內(nèi)揭露的FQ29斷層下盤最大見矸量為1.57 m(斷層下盤煤層截割后露出的矸石高度,與探測的1.6 m斷層落差一致,由斷層落差所致),當(dāng)滾筒提刀16刀之后見矸量為0.05 m,與理論計算一致,誤差為斷層落差在不同位置存在差異與液壓支架推移刮板輸送機達不到行程所致。

5 關(guān)鍵技術(shù)

(1)加強頂板管理。加強工作面頂板管理,頂板破碎時及時拉移超前支架進行支護,防止因頂板破碎誘發(fā)頂板事故;在頂板破碎片幫嚴(yán)重區(qū)域,采取上金屬網(wǎng)方式對破碎頂矸進行維護,能夠很好地防止掉矸漏矸和片幫冒頂現(xiàn)象發(fā)生,在工作面過斷層中起到良好的作用。

(2)加強層位控制。為順利快捷通過工作面斷層,過FQ29斷層期間提刀幅度控制在7°～8°范圍內(nèi),即減少了上盤留底煤量又保證了下盤合理的割矸長度,為工作面上盤層位順利快捷找到下盤層位創(chuàng)造了有利條件。

(3)加強設(shè)備檢修。過斷層期間,加強對液壓支架與采煤機的檢修力度,確保支架對頂板的支護有效,支架不得出現(xiàn)竄液自降現(xiàn)象;采煤機割矸量大,易損壞機刀及刀座,過斷層期間全部采用進口耐磨機刀,對損壞的刀具及時更換,防止出現(xiàn)磨損刀具座現(xiàn)象。

6 結(jié)論

(1)東灘煤礦3304綜放工作面FQ29斷層落差小于煤層厚度與采高之差,采用直接推過方式過斷層為合理方案。

(2)在斷層落差為1.6 m時,采煤機超前斷層面20架支架提前提刀,提刀幅度在7°～8°范圍內(nèi)進行截割。

(3)斷層區(qū)域頂板破碎時采用及時拉移超前支架,片幫冒頂嚴(yán)重時采用鋪設(shè)金屬網(wǎng)對頂板進行維護,過斷層期間實施效果良好,有效控制了工作面片幫和冒頂現(xiàn)象。

[1] 楊孟達,劉新華.煤礦地質(zhì)學(xué)[M].北京:煤炭工業(yè)出版社,2000

[2] 徐永圻.煤礦開采學(xué)[M].徐州:中國礦業(yè)大學(xué)出版社,1999

[3] 綜放工作面過斷層頂板活動規(guī)律研究與應(yīng)用[J].中國煤炭,2013(4)

[4] 周祖舜,王濤.綜采工作面過大斷層實踐探討[J].中國煤炭,2011(5)

[5] 楊俊哲.石圪臺煤礦71203綜采工作面過大斷層技術(shù)研究與應(yīng)用[J].中國煤炭,2009(11)

(責(zé)任編輯 張毅玲)

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,山東濟寧人,工程師,從事采礦技術(shù)管理與研究工作。