高突煤層綜采工作面過全斷面大斷層技術(shù)研究與應(yīng)用

趙曉兵

摘要：隨著礦井開采深度的不斷延伸，地質(zhì)條件變得愈加復(fù)雜化，煤層賦存條件極其復(fù)雜，斷層、褶皺等地質(zhì)條件發(fā)育，開采更加困難，特別采煤工作面在回采過程中出現(xiàn)變化大的地質(zhì)構(gòu)造如斷層等時，致使回采更加困難。必須采用先進技術(shù)、先進工藝進行生產(chǎn)，加快礦井高產(chǎn)高效建設(shè)。

Abstract： With the continuous extension of mining depth， geological conditions have become more complex， the conditions of coal seams are extremely complex， and geological conditions such as faults and folds have developed， mining is more difficult， and coal mining face faced great changes in the geological structure such as faults during the mining process， resulting in more difficult mining. Advanced technology and advanced technology must be used to produce and accelerate the high-yield and high-efficiency construction of mines.

關(guān)鍵詞：高突煤層；大斷層；應(yīng)用

Key words： high outburst coal seam；large fault；application

中圖分類號：TD353 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）25-0121-03

0 引言

平煤十礦是一座年產(chǎn)300萬噸的大型高瓦斯突出礦井，礦井相對瓦斯涌出量為17.36m3/t，絕對瓦斯涌出量89.1m3/min。在十礦開采的歷史上，由于受大斷層、褶皺等地質(zhì)構(gòu)造影響及為了減少煤炭資源的丟失，很多采面在設(shè)計布置時都無法避開較大的斷層或褶曲。

1 采面概況

平煤股份十礦丁5、6——21150采面位于十礦北翼丁一采區(qū)，屬-320水平丁組下山東翼第三階段。采面走向長度748.5m，傾斜寬平均為181.7m，切眼斜長184.2m，煤厚平均2.0m，可采儲量27.35萬t，回采過程中采高控制在2.0m左右，見頂見底。

該工作面所采煤層為丁5、6合層，煤層結(jié)構(gòu)單一，煤層傾角7.4～11.9°，平均9.5°。煤層直接頂為厚度2.0～5.0m左右的泥巖和砂質(zhì)泥巖，中間夾1m左右的砂巖，其上為5～15m灰白色中細粒砂巖和砂質(zhì)泥巖，中間夾兩層0.4～0.6m薄煤帶。直接底為2～16m的灰色泥巖，其下為28m的泥巖和砂質(zhì)泥巖，中間夾1.4m左右的煤層，直接頂頂板類型為二級。

該工作面地面標(biāo)高：+240～+280，工作面標(biāo)高：

-342～-420。該工作面為高瓦斯突出工作面，瓦斯絕對涌出量10.68m3/min，瓦斯壓力為1.5MPa左右，瓦斯含量為6.42m3/t。地質(zhì)構(gòu)造較為復(fù)雜，影響最大的是7.5米大斷層，斷層在風(fēng)巷5013點外4米處出現(xiàn)，走向N14°E，H=5.0米，并向機巷方向延深，在機巷5014點外19米處出現(xiàn)，走向N19°E，H=7.5米，受此斷層影響造成采面85～95米全巖。

風(fēng)巷上側(cè)工作面21130回采時曾經(jīng)發(fā)生過24次小型壓出，多以地應(yīng)力為主導(dǎo)，本工作面處于21130面下一階段，故仍有突出危險，特別是工作面機巷側(cè)50m范圍。

2 確定強過斷層技術(shù)方案

根據(jù)平煤集團以往的回采經(jīng)驗，高突工作面出現(xiàn)類似斷層時，一般采取跳眼，采用此方案最大的缺點是工序多，投資大，收益小，諸如掘切眼、工作面收尾、回收、安裝等，工期長，工作面不能連續(xù)生產(chǎn)，還造成煤炭資源的損失。同時，若采煤工作面掘外切眼時必須停采，易造成煤炭自燃，對安全生產(chǎn)極其不利。

丁5、6—21150工作面已推進至原設(shè)計跳眼段的停采線，該斷層為正斷層，落差7.5米，根據(jù)風(fēng)機巷暴露全巖段情況，風(fēng)巷35m，機巷28m，預(yù)計按正常回采方法，在采面沿傾向?qū)⒂绊?30米左右，全巖段約85-90米，根據(jù)采面煤層傾角、賦存狀況、斷層影響程度等情況，采用在斷層段增大采面傾角方式，經(jīng)計算，可以將斷層段在采面壓縮在60米內(nèi)。決定不進行跳眼，采取爆破強過方式過斷層，直至斷層結(jié)束。

回采過斷層期間，預(yù)計當(dāng)采排從斷層的下降盤向上升盤方向推進時，受外側(cè)下降頂板的遮擋，里側(cè)煤體的瓦斯釋放將會受到阻礙，工作面在通過時瓦斯增大、壓力升高，極可能發(fā)生突出。采排或主機由斷層的下降盤向上升盤方向推進時，一般更容易發(fā)生突出，在過此斷層時預(yù)先增加采面淺孔數(shù)量和深度，斷層地段，頂?shù)装迤扑殡y支護，極易冒頂，直接影響工作面的安全生產(chǎn)，也影響到原煤質(zhì)量。

斷層頭處的下盤采面上部適當(dāng)托頂煤逐步過渡到沿頂回采，上盤逐漸破頂，直至采面暴露至全巖，采面目前傾角平均9度，斷層段人為控制傾角為20～35度之間，以縮短斷層的影響范圍。

3 過斷層方案

3.1 工作面三機概況（表1）

3.2 提前調(diào)整采面?zhèn)蝺A斜

為了保證工作面在過斷層時期采面運輸機處于合理位置，偽斜回采管理是綜采技術(shù)管理的關(guān)鍵，偽斜調(diào)整不當(dāng)，不僅會使運輸機上竄下滑，造成上下出口難以管理且不利于采面支架控頂，而且容易導(dǎo)致支架歪架、倒架，使頂板失控，直接影響著煤礦的安全生產(chǎn)。丁5、6-21150工作面煤層傾角變化不大，煤層傾角7.4°～11.9°。根據(jù)經(jīng)驗公式，偽斜與真傾角方向的夾角等于或接近于真傾角的1/3。偽傾斜超前距離經(jīng)驗計算公式為：

按照經(jīng)驗公式，偽斜超前距離應(yīng)為8.5m，但在過斷層時，由于采面斷層段傾角變化，造成運輸機下滑嚴(yán)重，后逐漸加大偽斜距離，當(dāng)偽斜加大為11.5m時，運輸機停止下滑，隨后我們有意識地增加偽斜距離，當(dāng)超前距離為14m時，運輸機開始上竄，偽斜降至10.5m后，工作面正常推進。

從風(fēng)巷暴露，逐漸往機巷過度，具體起坡點和傾角掌握由隊技術(shù)員負責(zé)，并根據(jù)采面過斷層期間采面傾角不一致制定出不同的支架調(diào)斜角度，確保采面所有支架正、直接頂嚴(yán)密，防止歪架、倒架，確保運輸機平穩(wěn)過渡，支架正常推移。同時加強斷層段頂?shù)装骞芾恚_保斷層處頂?shù)装迮c運輸機平穩(wěn)過渡，支架不出現(xiàn)錯差。斷層頭處若出現(xiàn)空頂、片幫，或所托頂煤掉落時必須對頂板支護后再進行割煤工作。

4 斷層段采高及爆破方案和安全注意事項

①斷層段暴露巖石均為砂巖或硬質(zhì)砂質(zhì)泥巖，運用YT24型風(fēng)動鑿巖機進行打眼施工。（鑿巖機參數(shù)如表2）。提高了打眼速度，降低了勞動強度，為生產(chǎn)贏得了時間。

②斷層處破矸地段嚴(yán)格控制采高在1.6～1.7米以下，盡量減少破矸量，以減輕勞動強度、保護主機和確保煤質(zhì)。

③嚴(yán)禁主機硬割巖石，必須提前對巖石進行爆破松動后才能過主機割煤，以免損壞設(shè)備。

④放炮時炮眼采用三花眼布置。炮眼參數(shù)：眼距1.0米、眼深1.5米、上排眼距頂板500mm、仰角10度，下排眼距運輸機面上100mm，俯角15度。水平方向傾斜均為80度，裝藥量1-2卷/眼、水炮泥1個/眼，炮泥封滿炮眼剩余長度，每放一茬炮允許推進2刀，爆破效果不好時，必須及時補眼或改為一刀一放。

⑤打眼工要嚴(yán)格執(zhí)行《煤礦工人技術(shù)操作規(guī)程》中煤電鉆打眼工的有關(guān)規(guī)定。

5 頂板支護質(zhì)量管理

5.1 支架支護質(zhì)量管理

①支架初撐力不低于規(guī)定值30MPa的80%，即24MPa。

②支架要排成一條直線，其偏差±50mm，中心距1.5m，偏差不超過±100mm。

③支架頂梁與頂板平行支設(shè)，其最大仰俯角<5°。

④相鄰支架間不能有明顯錯差（不超過頂梁側(cè)護板高的2/3），支架不擠、不咬，架間空隙不超過規(guī)定（100mm）。

⑤支架與輸送機要垂直，偏差<±5°。

⑥支架要垂直頂?shù)装澹Ъ芡岬?lt;7°。

5.2 兩巷端頭及原設(shè)計中切眼支護管理

為了確保過斷層期間采面風(fēng)機兩巷三角區(qū)的支護可靠，規(guī)定如下：

風(fēng)巷端頭采用圓木梁配合單體柱支護方式，齊梁直線柱布置。風(fēng)巷端頭靠采面最后一架上側(cè)200～300mm打一排單體柱抬棚，視風(fēng)巷端頭剩余其寬度均勻布置若干排單體柱抬棚，沿傾斜方向排距不大于0.5m，柱距不大于1m，柱、排距誤差不大于±100mm。必須使用？準(zhǔn)160mm、？準(zhǔn)180mm圓木梁，且保持一梁三柱，且迎山有力。

由于受大斷層影響，機尾過風(fēng)巷超高段時，風(fēng)巷內(nèi)頂必須剎實，拉架后根據(jù)剎頂情況，必須把機尾尤其最后3架支架升緊，推運輸機機尾時，機尾剩余幾架正常推溜，如果由于機尾處于風(fēng)巷中，正常推溜推不動時，可用單體柱幫力，把運輸機推至合適位置后，稍降支架，把支架拉至規(guī)定步距。

機巷端頭采用鉸接梁配合單體柱支護方法，齊梁直線柱布置。運輸機機頭上方距第一架不大于200mm處架一對4m的π型鋼梁支護，保持一梁三柱（過機頭時可保持一梁二柱），齊梁布置，均勻穿叉在基本棚中間。π型鋼梁排距不大于0.5m，兩根π型鋼梁平行搭接。作業(yè)期間兩根π型鋼梁交替外移。視π型鋼梁距下幫寬度均勻架設(shè)鉸接梁抬棚，排距0.5m，柱距1m。抬棚單體柱選用DZ系列2.5m、2.8m，鉸接梁選用HDJA-1000鉸接頂梁。

原中切眼內(nèi)必須在距回采一個老頂周期來壓距離前進行提前加強支護，支護采取在中且眼內(nèi)的錨網(wǎng)梁上加打單體柱方式，對頂板破碎或下沉、離層段要提前打密集點柱和架設(shè)一梁三柱的抬棚，單體柱必須經(jīng)常檢查，發(fā)現(xiàn)卸載、漏液、損壞的柱子，必須及時更換，嚴(yán)禁使用損壞或失效的柱子。

6 斷層段礦壓監(jiān)測管理

礦壓監(jiān)測內(nèi)容：該采面主要監(jiān)測支架阻力，兩巷超前支護內(nèi)單體柱阻力觀測，以及支護質(zhì)量動態(tài)監(jiān)測，根據(jù)觀測結(jié)果分析，掌握斷層段工作面頂板活動規(guī)律、來壓特征、工作面受力特點、圍巖變化及頂?shù)装濉⒚簩拥姆€(wěn)定性。

①采面：采用在線礦壓監(jiān)測系統(tǒng)進行實時動態(tài)監(jiān)測，采面共設(shè)9個測站，機頭第5架安設(shè)一臺，機尾第120架安設(shè)一臺，中間均勻設(shè)置7個，間距15架安裝在支架掩護梁下。由專人負責(zé)地面計算機監(jiān)控采面壓力變化情況，并記錄保存監(jiān)測結(jié)果，及時上報礦壓觀測小組。

②兩巷礦壓觀測：單體液壓支柱阻力監(jiān)測主要利用測壓槍監(jiān)測，檢修班架設(shè)超前后，由當(dāng)班驗收員對單體柱進行測量，生產(chǎn)班驗收員對端頭支護單體柱進行監(jiān)測，并記錄好各項測量數(shù)據(jù)，及時上交隊礦壓領(lǐng)導(dǎo)小組。

③隊礦壓觀測領(lǐng)導(dǎo)小組根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，及時分析研究，掌握過斷層期間采面壓力變化情況與頂板來壓特點，提前采取相應(yīng)的措施保證支護可靠，指導(dǎo)安全生產(chǎn)，并三天周形成一次礦壓分析報告。

7 結(jié)論

大斷層的安全順利通過，減少了一次回收、安裝的工作量，緩解了礦井采掘接替的緊張局面，為礦井的高產(chǎn)高效建設(shè)奠定了基礎(chǔ)，探索、總結(jié)出一套安全過此類大斷層的成功經(jīng)驗，對地質(zhì)條件相似的礦井或礦區(qū)過大斷層有一定的指導(dǎo)意義。