浅谈综采工作面过断层的方法与措施

浅谈综采工作面过断层的方法与措施

摘要:本文通过开滦唐山矿某工作面回采的实践,并结合相关理论,分析了回采工作面在遇到断层时出现的困难问题,并制订出了切合实际的回采工作面过断层的方法。

关键词:综采工作面断层冒顶

该矿井地质构造复杂,褶曲、断层等均较发育,给采矿工程带来很大的困难,造成工作面布置困难,煤炭回采率降低,吨煤成本增加,成为了影响矿井生产的主要地质因素。因此,根据断层参数确定合理的过断层工艺,能有效地控制工作面内设备的工作状态,从而保证工作面正常生产。

1 工作面概况

该工作面位于-950集中轨道山右侧,工作面走向长度1200 m,工作面长度195 m,煤层倾角12°～20°。煤层走向变化较大,根据实际资料分析,预计对回采有影响的断层有4条,都为走向正断层,其中有3条落差在4米以上,对回采的影响较为明显,必须选择合适的过断层的方法。

2 确定过断层方案

(1)断层落差小于0．5 m时,将底板坡度基本取齐的方法,以便铺设运输机和通过采煤机。这种方法简单方便,但在底板却留下了三角

煤,增加煤损。为了提高回收率,在不影响安全和设备正常运转的情况下,也可不留顶底煤,此时工作面成台阶状。为了保持运输机的平直,可以在断层处垫以木料和矸石。

(2)断层落差大于煤层厚度和支架最小支撑高度之差时,可用采煤机截割顶底板岩石通过断层,当顶底板岩石岩层坚硬、采煤机割不动时,则可采用放震动炮的方法挑顶和下切硬过断层。

(3)断层落差太大,采用挑顶起底的方法采煤机不能通过,且运输机也不易辅设时,可采取增开中间巷道的办法,利用中间巷道,既可以运输上部工作面的煤炭,又可以作安全出口。[1]

通过对该工作面现场实际地质情况进行分析,针对三条落差大于4 m的断层的性质、角度和影响范围,如选用第二种方法过断层,既能保证工作面的正常回采,又保证了生产成本最低,所以选用第二种方法过断层为最优方案。

3 硬过断层提出的技术难题

由于这三条断层落差大,顶板极其破碎,对回采的影响很大,给硬过断层提出了三大技术难题。

(1)由于采面煤层平均厚4 m,当采高超过3.5 m以后,片帮对顶板控制的影响不可忽视,而且顶板非常破碎,一旦发生大面积片帮,很容易引发冒顶事故。因此,对破碎顶板的控制是成功过断层的关键。

(2)由于本工作面选用的是ZY6400-21/45型支撑掩护式大采高支架其适应坡度一般在15°以下。该采面受断层的影响,断层带及以上坡度增大至20°以上。在如此复杂的条件下,如何保证支架的最佳支护状态,防止挤架、咬架,是保证成功硬过断层的重要基础。

4 主要技术措施

4.1 顶板管理

(1)过断层时采面顶板的层位控制。由于断层下盘顶板很破碎且落差大,因此不能沿下盘顶板回采。采取采煤机割煤时将断层揭露的断层上盘的板尖子割平。破上盘顶板和下盘底板回采的方式:上盘破顶板岩石最大厚度为2.8 m,长约15 m;下盘破底板最大厚度为2.0 m,托顶煤最厚处为2.5 m,长约7.5 m。

注意事项:

一是加强顶板压力监控,通过矿用数字压力表及时监测支架的初撑力和工作阻力,进行动态分析,掌握顶板应力规律。另外两巷超前支护区,用阻力检测仪测压(即测压枪测压),量取单体柱的初撑力和工作阻力。[2]

二是采煤机割煤时将断层揭露的断层上盘的板尖子割平,确保支架不出现较大错茬,在破顶底板矸子需要响震动炮时使用风锤打眼,眼深2.5 m,眼距0.75 m,每眼装药1200 g,当破板厚度小于1.0 m时打单排

眼,当破板厚度大于1.0 m时打双排眼,三花眼布置。

三是采取联网、打水锚杆等方式托顶煤和防止煤壁片帮。联网时金属网搭接不小于500 mm,网间连接使用双排扣,双丝双扣,排、扣距均为200 mm;打液冲锚杆时沿煤层布置三花眼,顶锚杆距顶板300 mm,排距750 mm。锚杆间距500 mm。平行煤层顶板垂直煤壁打入。如还不能控制,则加补煤壁固化剂的方式进行煤壁加固。钻孔布置为:眼距5 m,眼深5 m,眼与煤壁成30°夹角倾斜向上打入。

(2)降低断层带采高。为了防止过断层时发生大面积片帮引起冒顶事故,采面上部断层带及以上采高降低至2.8～3.2 m。

(3)及时拉架。采面煤墙片帮宽度超过400 mm处,无论是否在断层带,必须提前拉超前架。在不能拉超前架的地方,追采煤机前滚筒移架。

4.2 加强支架稳定性

(1)安装防倒千斤顶。从采面机尾开始,每架安装一套防倒千斤顶装置。在拉架时收紧防倒千斤顶,减少支架向下偏移。

(2)及时调架。在断层带及以上备用单体柱,配合使用防倒千斤顶、侧护板进行调架,保证支架处于合理的支护状态。

(3)保持正确伪倾斜,使输送机上下滑移量相互抵消,支架必须始终垂直输送机,并及时使用侧护板或单体柱对支架调整。[3]

4.3 处理冒顶安全技术措施

通过断层时,由于顶板破碎,顶板压力大,虽然采取了多种方法进行控顶,但还是会有发生流矸冒顶现象的可能。工作面发生冒顶时,要及时闭锁面溜,待顶板冒落稳定后,再采取措施进行处理。如冒顶范围较小时,可直接沿煤壁挤板,从冒落上侧不少于3 m处加板向下挤着做,帮柱柱顶朝向老塘侧扎角70～85°。如果冒顶范围较大时,由冒高地点的上方顶板完好支架上一组开始向冒高地点处理,处理时要由上向下逐架进行,每组支架先用打两块3.0 m方木打牢托板,然后在抽冒较严重的地点采取做人工假顶的方法护顶,接顶厚度不小0.5 m,并在其板下打好顺煤壁托板。

5 结语

该采面所揭露的断层很特殊,不仅落差大、顶板破碎,而且影响范围大。通过本以上综合措施应用到现场以后,使顶板得到很好控制,大大减少了断裂带冒顶事故的发生,确保了采面安全生产,提高了资源回收率,减少了储量损失。

参考文献

[1] 徐永圻.煤矿开采学[M].徐州:中国矿业大学出版社,1998.

[2] 杨剑山,贺启录.综采工作面过落差7m走向断层技术研究及应用[J].平顶山:中州煤炭报,2007.