工作面快速過(guò)斷層生產(chǎn)技術(shù)實(shí)踐應(yīng)用

雷鵬翔

摘 要：以2306工作面過(guò)斷層為工程背景，基于割巖量最小化原則，給出了回采面過(guò)斷層期間的割頂板巖以及底板巖層的計(jì)算方法以及工作面過(guò)斷層期間的支架數(shù)。最后對(duì)工作面過(guò)斷層期間的現(xiàn)場(chǎng)管理進(jìn)行了闡述分析。通過(guò)以上措施，2306工作面安全快速的通過(guò)了F32斷層，并盡量減小了對(duì)回采出來(lái)的煤質(zhì)影響，達(dá)到了降本增效的目的。

關(guān)鍵詞：工作面;過(guò)斷層;割巖量;現(xiàn)場(chǎng)管理

斷層是煤礦井下開(kāi)采時(shí)常遇到的地質(zhì)構(gòu)造，由于受到斷層作用，頂板較為破碎，易于出現(xiàn)頂板冒落以及支架壓架、倒架情況[1]。如何快速的使得工作面推進(jìn)過(guò)斷層是保證煤礦順利、高效生產(chǎn)，是煤礦井下需要重要關(guān)注課題[2-3]。山西某礦2306回采工作面在后退回采過(guò)程中，遇到斷層，為了減少回采面搬家倒面花費(fèi)的費(fèi)用，提高回采面推進(jìn)速度，增加煤炭采收率，采用割煤機(jī)控制割巖量以及一些合適的頂板管理手段，安全快速的通過(guò)了斷層。

1 概述

1.1 回采面概況

2306回采工作面位于礦井2采區(qū)，主要開(kāi)采3號(hào)煤層，煤層的平均埋藏深度在328m，煤層的平均厚度在4.7m，為近水平煤層，煤層平均傾角在1°。設(shè)計(jì)的回采工作面斜長(zhǎng)在210m，回采工作面的走向長(zhǎng)度在1890m，設(shè)計(jì)的開(kāi)采高度為4.65m。采用綜合機(jī)械化采煤機(jī)進(jìn)行回采，采煤機(jī)型號(hào)為EKF SL1000。該型號(hào)的采煤機(jī)開(kāi)采高度在3.2m～6.3m，能夠適應(yīng)4°以下的傾角，回采面配備采用的刮板輸送機(jī)型號(hào)為DBT3×1000，刮板機(jī)的中部連接段可彎曲角度為4.5°以內(nèi)，采用的液壓支架為ZY10800/28/63，支架的有效正常高度在2.8m～6.3m，最大工作阻力在10800kN，相鄰支架間的重心間距為1.6m。

1.2 斷層概況

在2306回采工作面推進(jìn)至1160m位置時(shí)，揭露F32斷層，110°<40°H=2.8～4.5m，具體斷層如圖1所示。在2306回采區(qū)域內(nèi)，2號(hào)煤層的直接頂為粉砂巖、直接底為砂質(zhì)泥巖，在工作面推進(jìn)過(guò)程中，斜穿F32斷層，沿著110°方位角向2306回風(fēng)巷方向延伸，在回采工作面推進(jìn)過(guò)程中每割2刀煤移動(dòng)支架一次，斷層共會(huì)影響310m回采面推進(jìn)。

2 過(guò)斷層方案

2.1 方案概述

由于回采面過(guò)斷層區(qū)域的頂板為粉砂巖，底板為砂質(zhì)泥巖，為了增加回采面的推進(jìn)速度，降低搬家倒面費(fèi)用投入及時(shí)間，采用強(qiáng)行割煤巖過(guò)斷層的技術(shù)方法，根據(jù)回采面綜采設(shè)備配套關(guān)系，回采面最小的開(kāi)采厚度在4.3m，沿著斷層面上盤(pán)方向進(jìn)行挑頂開(kāi)采，下盤(pán)方向跳底進(jìn)行掘進(jìn)。

2.2 上盤(pán)推進(jìn)挑頂厚度確定

在斷層上盤(pán)回采面推進(jìn)過(guò)程中，遵循割巖量最小的原則，按照最小開(kāi)采厚度進(jìn)行推進(jìn)，當(dāng)工作面推進(jìn)到斷層影響附近時(shí)，設(shè)定在該斷面處采煤機(jī)的開(kāi)采高度為h，斷層上盤(pán)頂板的破巖高度為h1，底板的破巖高度為h2，煤層厚度為h3，則此時(shí)h=h1+h2+h3。上盤(pán)期間的總的割巖量可以由下式進(jìn)行計(jì)算[4]。

其中：L表示采煤機(jī)割煤深度（取值為800mm），α表示皮帶輸送機(jī)的垂直彎曲角度（取值為4°）;h-h3= h1+h2。工作面推進(jìn)至該斷層附近時(shí)為一固定值，當(dāng)h1=h2時(shí)的h1×h2取值最大，此時(shí)割煤機(jī)切割煤巖量最小，即采煤機(jī)割頂巖及底巖厚度相等時(shí)，回采面過(guò)斷層期間的總割巖量最小。

2.3 工作面過(guò)斷層期間支架數(shù)

設(shè)定工作面在斷層帶影響附近范圍內(nèi)的頂板割巖厚度為h1，在于底板相同割巖量情況下，需要的過(guò)渡段支架數(shù)量可以由下述公式進(jìn)行計(jì)算[5]。

其中：L1表示回采面過(guò)斷層割底煤過(guò)段斷的距離（m），α表示運(yùn)輸彎曲角度（取值為4°），b表示為相鄰兩個(gè)支架間的中心距（取值為1.6m），h3表示為煤層厚度（m）。

帶入上述數(shù)據(jù)可以知道，N1=18-4h3。在現(xiàn)場(chǎng)過(guò)斷層期間可以根據(jù)開(kāi)采的煤層厚度動(dòng)態(tài)的確定過(guò)度段的架數(shù)。

3 工作面過(guò)斷層控制措施

3.1 過(guò)程控制措施

根據(jù)回采面過(guò)斷層期間的斷層發(fā)育情況，每割2刀煤，推進(jìn)約3.2m時(shí)，斷層會(huì)向回采面機(jī)巷位置移近1架，在對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行控制時(shí)，需要根據(jù)提示卡動(dòng)態(tài)的對(duì)開(kāi)采高度、挑頂以及臥底位置進(jìn)行調(diào)整。

3.1.1 斷層上盤(pán)挑頂留底割巖段

從斷層面向機(jī)頭位置處1 5個(gè)支架范圍段時(shí)作為工作面過(guò)斷層挑頂留底區(qū)域，斷層向采煤機(jī)機(jī)頭10個(gè)支架范圍內(nèi)是處于割頂板巖層過(guò)渡區(qū)，從斷層上盤(pán)向下盤(pán)以4°傾角緩慢的進(jìn)行過(guò)度。

3.1.2 斷層下盤(pán)臥底留頂割巖段

根據(jù)回采工作面現(xiàn)場(chǎng)推進(jìn)情況，斷層面向回采面機(jī)尾10個(gè)支架時(shí)可以斷定進(jìn)入到留頂煤的過(guò)度區(qū)間，同時(shí)在斷層面向機(jī)尾的10架支架空間進(jìn)行臥底。

3.1.3 開(kāi)采高度控制

回采工作面推進(jìn)過(guò)斷層期間同時(shí)揭露斷層的支架數(shù)在20架以上，在挑頂期間回采面的高度控制在4.6m左右，在距離斷層面10m范圍內(nèi)時(shí)，回采面的高度控制在4.3m左右。在其他過(guò)斷層地段時(shí)，回采面的高度保持在4.5m。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)管理

3.2.1 采煤機(jī)割煤

當(dāng)回采工作面推進(jìn)接近斷層時(shí)，在預(yù)先設(shè)定的臥底點(diǎn)開(kāi)始進(jìn)行臥底割巖，在機(jī)尾側(cè)的10座支架位置提前將回采高度降低到4.5m;根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)回采面與斷層交匯情況，當(dāng)可以滿足4.5m的開(kāi)采高度時(shí)，若頂板較為堅(jiān)硬，適當(dāng)?shù)牟擅簷C(jī)割煤的厚度，總體上保證工作面過(guò)斷層期間的底板平整;根據(jù)工作面揭露的斷層參數(shù)以及斷層的延伸，對(duì)回采面的開(kāi)采高度做適當(dāng)調(diào)整，并在合適的支架上掛設(shè)標(biāo)識(shí)牌，確定過(guò)斷層期間的割煤、挑頂、臥底區(qū)段范圍，挑頂以及臥底的具體厚度;采煤機(jī)司機(jī)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)進(jìn)行切割，在過(guò)斷層期間保持回采面的高度在4.5m。

3.2.2 液壓支架移架

采煤機(jī)經(jīng)過(guò)斷層破碎帶，液壓支架移動(dòng)滯后采煤機(jī)2個(gè)支架進(jìn)行;移動(dòng)液壓支架之后立即進(jìn)行升架工作，初撐力需要達(dá)到額定工作阻力的80%以上;由于斷層影響帶附近煤層頂板較為破碎，在移動(dòng)支架時(shí)應(yīng)帶壓移架，盡量少降低支架前梁，帶載荷移動(dòng)支架;當(dāng)液壓支架不能及時(shí)的進(jìn)行推移時(shí)，采煤機(jī)應(yīng)暫時(shí)停止推進(jìn)，等到支架跟進(jìn)之后再進(jìn)行開(kāi)采;工作面推進(jìn)過(guò)程中若出現(xiàn)頂板矸石冒落、支架支護(hù)時(shí)應(yīng)盡量做到兩個(gè)支架保證初撐力，一個(gè)支架保證架型，對(duì)頂板進(jìn)行維護(hù)管理，同時(shí)支架的頂梁應(yīng)適當(dāng)?shù)纳涎觥?/p>

4 總結(jié)

2306回采工作面過(guò)斷層期間采區(qū)了一系列的采煤機(jī)割煤巖技術(shù)措施，安全快速的通過(guò)了斷層，回采面過(guò)斷層期間采煤推進(jìn)較為平穩(wěn)，液壓支架未出現(xiàn)倒架、咬架等現(xiàn)象，破碎頂板得到有效支撐。同時(shí)在回采面過(guò)斷層期間割巖量較小，挑頂、臥底厚度均在設(shè)計(jì)范圍之內(nèi)，做到對(duì)煤質(zhì)較低的影響。

參考文獻(xiàn)：

[1]賀朋帥，涂政.煤礦井下過(guò)斷層施工技術(shù)及安全技術(shù)措施研究[J].技術(shù)與市場(chǎng)，2019，26（02）：119+121.

[2]陰振山.回采工作面過(guò)斷層技術(shù)及應(yīng)用分析[J].當(dāng)代化工研究，2019（01）：139-140.

[3]鄭紀(jì)峰.綜采工作面過(guò)斷層回采工藝研究[J].山東煤炭科技，2018（12）：22-23+25.

[4]朱峰.綜采工作面過(guò)斷層施工工藝應(yīng)用[J].山東煤炭科技，2018（10）：11-12.

[5]李啟鋒.綜采工作面過(guò)斷層施工工藝及安全措施研究[J].山東煤炭科技，2018（10）：73-74.