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(nèi)蒙古科技大學礦業(yè)工程學院，內(nèi)蒙古 包頭 014010)

在煤礦生產(chǎn)過程中，回采工作面遇到落差大于采高的斜交斷層，斷層構(gòu)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(zhì)構(gòu)造和現(xiàn)場工況，制定綜合性技術方法和措施，成為復雜地質(zhì)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(nèi)蒙古自治區(qū)烏海市南部海南區(qū)境內(nèi)，屬于桌子山煤田東南部的公烏素勘探區(qū)。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(qū)，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(jié)構(gòu)較復雜，16#煤層頂板為以深灰色泥巖為特征的砂質(zhì)泥巖，厚度4～6 m，穩(wěn)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(zhì)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(jù)斷層走向性質(zhì)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(huán)過完空巷。其中斷層局部小裂隙發(fā)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，F(xiàn)3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(diào)整

首先根據(jù)斷層的產(chǎn)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(diào)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(zhuǎn)，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(zhuǎn)的前提下割矸量最少。調(diào)斜增大工作面?zhèn)涡苯侵?3°，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(nèi)的暴露長度。同時偽斜角的調(diào)整有利于防止刮板運輸機的竄動。

2.2 強行割矸

根據(jù)斷層的發(fā)育情況(層頂板屬中等穩(wěn)定頂板，頂板為砂質(zhì)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(zhì)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(jù)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(cè)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(huán)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(zhì)量。嚴格控制炮眼的數(shù)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(jù)斷層區(qū)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(lián)連線，正向裝藥，一次裝藥方式，進行一次起爆。放炮時嚴格執(zhí)行“一炮三檢”和“三人連鎖放炮”制度，有效地保證放炮作業(yè)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(jù)斷層的產(chǎn)狀和發(fā)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(xiàn)擠架、倒架現(xiàn)象。首先保證該段支架必須在完好狀態(tài)下運行，拉移支架時要少降慢拉，同時也要及時調(diào)整側(cè)護板間隙，使支架垂直頂?shù)装逵行У乜刂祈敯澹乐姑绊斒鹿实陌l(fā)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(wǎng)(金屬網(wǎng)是用10#鐵絲編織50 mm×50 mm菱形網(wǎng)，頂網(wǎng)規(guī)格4.5 m×1 m，幫網(wǎng)規(guī)格2.5 m×1.0 m)掛網(wǎng)走向長度 10 m，傾斜長度30 m。掛網(wǎng)時工作面高度必須保證不超過2.4 m。掛網(wǎng)時，將采煤機、溜子電源閉鎖。人員站在采煤機上進行掛網(wǎng)，用鐵絲每隔100 mm進行聯(lián)接，網(wǎng)傾斜向搭接為200 mm，必須聯(lián)牢擰夠3～5扣，新網(wǎng)片壓在老網(wǎng)片上網(wǎng)與網(wǎng)聯(lián)接可靠。網(wǎng)掛好后進行拉架，使鐵絲網(wǎng)鋪在前探梁上方，拉架時嚴防支架將網(wǎng)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(xiàn)安全作業(yè)。

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(nèi)和架間，放炮地點10 m范圍內(nèi)，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(gòu)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(jié)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(nèi)順利通過了斷層影響的范圍。在通過斷層期間，除煤質(zhì)外，其他生產(chǎn)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(jié)構(gòu)情況采取合理有效的技術措施，進行必要的調(diào)整后，可保證工作面快速、經(jīng)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(jīng)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。

［1］劉安福，鄧月華，劉 建，等.復雜構(gòu)造急斜綜采面礦壓顯現(xiàn)影響因素分析［J］.煤炭技術，2012(2):17－18.

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