综采工作面过大落差断层技术探究.pdf

2 0 1 6年第 2期 互 堪茬 斜技 4 7 综采工作面过大落差断层技术探究 楚超 大同煤矿集团公司雁崖煤业公司，山西 大同 0 3 7 0 3 1 摘要本文以某矿 1 3 3 2 1 综采工作面F 9 3 l 大落差断层为工程应用背景，首先结合断层参数特征等确定了沿底板强行 通过 断层 方案 ，而后 又在 受断层 影响的区域段 ，采取 了 U型棚 支护加 固处理 ，改棚施工 以及超前预注浆加 固顶板管理措施 ， 经济安全效果显著。 关键 词综采工作 面 大落差断层 预注浆加 固顶板 中图分类号T D3 5 5 文献标识码B d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ． i s s n ． 1 0 0 5 2 8 0 1 ． 2 0 1 6 ． 0 2 ． 0 2 1 Re s e a r c h o n t he t e c hno l o g y o f f ul l y m e c ha ni z e d c oa l m i ni ng f a c e m i n i n g t hr o ug h t he l a r g e f a ul t Ch uCh a o D a t o n g C o a l Mi n i n g G r o u p C o ． ， L t d ． ， S h a n x i D a t o n g 0 3 7 0 3 1 Ab s t r a c t T a k i n g F 9 3 1 l a r g e i n a mi n e f a u l t 1 3 3 2 1 f u l l y me c h a n i z e d wo r k i n g f a c e a s e n g i n e e r i n g a p p l i c a t i o n b a c k g r o u n d i n t h i s p a p e r ． F i r s t l y , c o mb i n e d wi t h t h e f a u l t p a r a me t e r s i d e n t i fie d t h e s c h e me o f t h e wo r k i n g f a c e mi n i n g t h r o u g h t h e f a u l t a l o n g the b o t t o m f o r c e d b y a n d ， t o o k t h e U s h a p e d s h e d s u p p o r t r e i n f o r c e me n t u n d e r t h e i n fl u e n c e o f f a u l t s e c t i o n ， U s u p p o r t a n d p r e g r o u t i n g i n a d v a n c e t o r e i n f o r c e t h e r o o e the e c o n o mi c s e c u r i t y e ff e c t i s r e m a r k a b l e ． K e y wo r d s fu l l y me c h a n i z e d mi n i n g f a c e l a r g e f a u l t g r o u t i n g r e i n f o r c e me n t o f r o o f 煤矿开采过程中不可避免地会遇到断层，尤其 是大落差断层，对煤矿的安全开采造成了严重的影 响。因此，研究综采工作面过大落差断层技术具有 重大理论和实践意义。 l 概况 F 9 3 1 断层贯穿整个 1 3 3 2 1 工作面，回采段 受影响总长度为 1 2 0 m。断层为倾 向断层。断层与 工作面相交 ，且形成夹角为 2 2 。 。受影响回采 区段 煤层较为破碎 ，且影响程度超过 1 倍煤厚，断层落 差约为 5 ． 6 m，对回采工作造成较大的影响。 1 3 3 2 1 工作面三机配置为 7 L S 6 C型采煤机， 1 3 2架 Z Z 1 0 8 0 0 ／ 2 2 ／ 4 5型液 压支 架，S G Z1 0 0 0 ／ 1 4 0 0 刮板输送机。 2 过断层带区域顶板冒落分析及过断层技术 2 ． 1 断层带区域顶板 冒落分析 断层带附近往往存在破碎带，由于顶板煤层的 收稿 日期2 0 1 5 1 0 2 9 作者简介楚超 1 9 9 0 ． 5 一 ，男，山西阳高人，毕业于太原理 工大学阳泉学院采矿工程专业，本科，从事煤矿生产技术与管理 工作。 强度低于岩层的强度，在同样大小力的作用下，煤 要 比岩石更容易破碎。因此 ，断层的破碎带 内，煤 的破坏程度 比岩层要严重得多，且块度小。所以， 综采工作面过断层时，一般应保留岩顶。 综采工作面过断层时，应避免断层破碎带内弱 变区的影响，尽量避免工作面端面出现冒顶现象以 及煤层出现片帮现象。若端面顶板发生 冒落，则应 及时进行勾顶工作，保证综采面快速 、安全通过断 层 ，减少通过断层破碎带的时间；若端面顶板冒空， 则不宜采取勾顶和超前支护的措施 ，否则，会严重 影响综采面的生产效率 ，不利于快速通过断层，而 且也造成坑木等材料的消耗。 2 ． 2 过断层技术研 究 2 ． 2 ． 1 断层通过方案选择 方案一跟顶板回采 ，通过断层区域时，破顶 刹底 ，强行通过。 优点 省去逮煤顶工作，老塘不会产生较多的 遗煤量，且能保证回采的煤炭质量，此外 ，还有利 于防火 ，便于顶板管理。 缺点 当工作面推进至断层区域时，必须采取 急刹车措施，且工作面俯采角度大于 4 0 。回采设 4 8 童 堪蕉 钳技 2 0 16 年 第 2 期 备处于陡坡段，运行时极易出现损坏问题，管理难 度较大 ，也难以控制刹底与破顶之间的协调工作。 再加上机头或机尾处顶板与顺槽顶板存在较大落 差，使得链板机头与转载机的搭接工作难以有效控 制。 方案二逮煤顶，沿底板强行通过。 优点变坡点平齐，工作面俯采角度不大，不 超过 l 0 。 ，回采设备由于运行时处于近似平坡段 ， 因而不易出现损坏问题，且易于管理，工作面支架 和刮板输送机也容易实现更好操作 ，此外，链板机 头与转载机的搭接工作可得到有效的控制。 缺点需要进行逮煤顶施工工作 ，产生大量的 遗煤，采煤机需割大量矸石，同时防火工作面临较 大困难，顶板不易管理。 结合回采设备的性能、矸石的硬度、断层其他 参数特征等，选择方案二作为该断层通过方案。 2 ． 2 ． 2 两顺槽 受断层 影响段 的 U 型棚 支护加固处理 掘进过程中，F 9 3 1 断层对两顺槽 u型棚支护 段产生较大的影响，需要提前采取两顺槽 u型棚支 护段加固处理措施。两棚 u型棚中间的顶板处，采 用锚索联合钢带加固，钢带规格为 2 ． 7 5 mM5钢带， 锚索确定为 4 根 ；相邻两 u型棚中的顶板处 ，采取 锚杆联合钢带加固措施，钢带规格确定为 2 ． 0 mM5 钢带，锚杆选择高强度锚杆，确定为 3根；帮部靠 工作面一侧，采用玻璃钢锚杆联合胶带加固措施， 胶带选择废 旧胶带即可 ，规格 2 ． 7 5 m，玻璃钢锚杆 确定为 4根；工作面对侧帮部采用锚杆联合钢带加 固措施，钢带规格为 2 ． 7 5 m M5 钢带，锚杆选择高强 度锚杆，确定为 4根。 2 ． 2 _ 3 改棚 施工 为不对 回采工作产生影响，应在超前工作面 1 0 0 m处进行改棚施工 。 u型棚支护加固完整区域，首先拆掉 u型棚， 而后，在 u型棚拆卸区域架设倾向棚 ，棚梁确定为 矿用 1 1 工字钢，规格确定为 3 ． 6 ～ 4 ． 0 m，棚腿选择 D Z 3 2 3 5 型单体。 某些 u型棚支护区域，由于顶板充填厚度较大， 没有采取加固措施 ，应先采取倾向棚架设措施 ，而 后再进行 u型棚拆卸工作。 当进行第一棚倾 向棚架设工作时，应首先在棚 梁两端各安设一根单体点柱 ；当进行第二棚倾向棚 架设工作时，在棚梁之间选择一排临时棚，采用双 面扒皮料做梁进行支护，当倾向棚达到 4 ． 5 m时， 则应改用规格为 4 ． 5 ml l 的矿用工字钢，棚腿型号 不变。当正规挑棚挑齐时，则拆卸倾向棚下的临时 支护。 结合已选择的断层通过方案，在受断层影响的 顺槽区域，确定逮煤顶后的假顶线 ，当进行改棚工 作时，假顶线以上区域 ，应采取充填措施 ，充填材 料可确定为废旧道木等，若假顶线以下区域高度较 小 ，则应在该处提前卧底，以获得有效的巷道高度。 2 ． 2 ． 4 断层影响段超前预注浆加 固顶板管理 1 开挖注浆孑 L 。开挖注浆孑 L 的位置应确定在 两顺槽断层影响段 ，沿着工作面方 向进行注浆孑 L 施 工 ，确定注浆孑 L 与巷道底板的距离为 1 ． 1 ～ 2 ． 3 m，相 邻两注浆孔之间的间距确定为 1 ． 0 m，此外 ，终孔确 定在断层面上，且间距确定为 1 0 m，两顺槽应开挖 2 7 个注浆孔。 2当完成注浆孔的施工工作后 ，应及时进 行注浆加固工作，以获得良好的注浆加固效果。 3开挖注浆孔的钻头参数确定为 9 4 ram， 若注浆孑 L 长度超过 1 0 m，则采用 中7 5 mm套管进行 封孔工作 ，封孔长度在 8 ． 0 m以上。 4注浆水泥选择普通硅酸盐水泥 ，其水灰 比确定为 11 ． 2 5 ～ 11 ． 1 5 ， 为减少水泥凝固时间， 掺入一定量的工业盐和三乙醇胺 ，其重量分别确定 为 0 ． 5 ％的水泥重量和 0 ． 0 5 ％的水泥重量。 5若注浆孔长度不超过 3 0 m，应确定注浆 压力为 3 MP a ；若注浆孔长度超过 3 0 m，则确定注 浆压力为 5 MP a ． 2 ． 2 ． 5 过 断层期 间管理 1 断层影响段两端头顶板管理。两端头进 入逮煤顶段时，则上端头施工注浆孔时应沿着顺槽 向工作面的方向进行 ，而胶带机顺槽施工注浆孔时 应从工作面向回采方向进行。开孔位置应与假顶保 持 0 ． 5 m 的间距，还应保证注浆孔与水平面的夹角 为 1 5。 ～ 3 0 。 ，相邻两孑 L 间距确定为 2 ． 0 ～ 3 ． 0 m，孑 L 深 确定为 8 ． 0 m，孔径确定为 4 2 m m。 2断层影响段工作面顶板管理。为减少断 层在工作面的一次性暴露面积 ， 应改变工作面采向， 尽可能保证工作面与断层面垂直 ，此外，还应改变 架向，以避免出现运输机下窜事故。断层影响区域 应准备适当菱形金属网，如果煤层裂隙发育且破碎， 则应及时进行金属网铺设工作，以避免出现漏顶现 象 。 3 总结 1 3 3 2 2 综采面过 F 9 3 1 断层，采用沿底板强 行通过断层的方案，取得了显著的技术经济效果， 下转第 5 0页 5 0 娃蒺 斜技 2 0 16 年 第 2 期 1 支架初撑力不足。支架初撑力的不足可 能是窜液、漏液致使系统没有足够的压力 ，不能达 到支架 支撑所需 的额 定压力 ，也 可能是 由于职工 的 不当操作造成 ，如在升紧支架立柱时，给操作手把 供液的时间不足，这样也会造成支架初撑力不达标。 观测实 际矿压数据可知，若设计的支架初撑力为 3 5 2 0 k N ／ 架，现场的支架初撑力多在 1 2 0 0 ～ 2 0 0 0 k N／ 架之 间。 2 支架接顶状况不 良。采煤机在割煤时若 没有调整好滚筒的割煤高度，割出来的顶底板会高 低不平 ，会增加支架支护的难度 ，支架受力很难均 匀，造成接顶不 良现象 ，不能及时有效的支护顶板。 3 不能保证正规循环作业。 割煤、 推溜、 移架、 放煤等工序没有配合好，也可能导致未及时有效的 支护顶板 ，出现过长 的空顶时间 。 4 推进工作面的途 中，若揭露地质构造， 也容易造成冒顶事故的发生。 3 ． 2 片帮、冒顶事故的预防及处理 依据 8 2 0 4综放工作面的实际回采情况，发现 工作面周期来压时最容易 出现片帮现象，深度为 2 ． 0 m 以下的片帮现象发生最多。一旦发生片帮现象 后，若支护不能及时有效地跟上，极易发生 冒顶事 故。为了更好地防止片帮与冒顶事故的发生，在回 采时采取 了以下措施 1 加强液压系统 的检修与维护，使液压系 统供液压力满足需求，按规范操作支架 ，保障升起 的支架初撑力达标 。 2 加强工作面施工质量管理，为了保障后 期支架的均匀受力，要严格执行 “ 直二平”的工 作要求 ，尤其要割平割直顶底板。 3提高职工素质，各工序 间的配合要好， 按正规程序循环作业，防止空顶现象的发生，把过 来压 区的时 间缩减到最短 。 4工作 面 出现 片帮现象 时，若片帮 深度 在 1 ． 0 m以内，可及时操作支架伸出前探梁维护顶 板。若发生了较宽的片帮现象，这时单用支架本身 已经很难有效支护顶板 ，可在支架梁头插入两根 1 ． 5 - 2 ． 0 m的钢管，在钢管上用笆片、木料等接实顶 板 。 4 初采时与收作时工作面顶板管理 4 ． 1 初采时工作面的顶板 管理 工作面切眼开出后 ，需要安装综采设备 ，可能 不立即进行回采，因此需要较长时间来维护切眼， 支撑压力会作用到开切眼两壁的煤体，使煤体变松 软。开始回采时易出现片帮现象。为了防止片帮， 支架的前探梁要及时伸出来支护顶板。 4 ． 2 收作时工作 面的顶板 管理 采用联双层 金属 网与 钢丝绳 的方 法来管理工 作 面的顶板。开采到距离停采线 1 0 ～ 1 2 m时，把双层 金属网铺设在支架顶部，把钢丝绳沿煤壁方向铺设 于支架前梁端双层网下，让它们随着工作面的推进 一 块向前推进，每割 1 刀煤铺设 1 根钢丝绳 ，在上、 下端头挑棚梁上 固定绳 的两端 。 5 总结 综放工作面的顶板管理具有其特殊性 ，在综放 工作面开采时，要依据实际矿压显现规律 ，科学、 合理的来制定管理顶板的措施，并做好措施的落实， 只有这样才能确保工作面正常回采，提高矿井开采 的安全性与高效性。 【 参考文献 】 [ 1 ] 曹晓鹏；综采放顶煤工作面顶板管理及安全措施 ． 【 J 】中国煤炭工业 ． 2 0 1 5 ． 0 6 ． [ 2] 邵广印；厚层坚硬顶板综采工作面初次放顶技术 管理 ．【 J 】 煤炭技术，2 0 0 9 ． 1 0 ． [ 3] 刘超；曹品伟；三软煤层综放工作面片帮漏顶原 因分析及对策 ． 【 J 】 ． 中州煤炭， 2 0 1 0 ． 0 8 ． 上接 第 4 8页 过断层期间并未出现任何安全问题，煤炭回采率得 到了显著提高 ，开采速度显著增加，支护等材料成 本大大降低。 【 参考文献 】 [ 1 ] 陈少华 ， 隋海龙 ， 高金龙 ． 综采面过落差 1 2 m大断 层的技术实践 [ J ] ． 煤矿开采 ， 2 0 1 3 ， 1 8 0 2 2 6 2 8 [ 2] 刘正茂 ． 浅析大采高综采工作面过大落差断层 [ J 】 l 水力采煤与管道运输，2 0 1 2 ， 0 3 8 6 8 9 [ 3] 杨胜 ， 张志智 ， 彭立华 ， 李汉文 ． 大倾角煤层综采 工作 面过断层技 术与实践 [ J ] ． 华北科技 学院学 报 ， 2 0 1 4 ， 1 1 1 0 4 5 4 8 [ 4] 王坚刚， 柏正才． 综放工作面过大落差断层技术 [ J ] ． 矿山压力与顸板管理，2 0 0 3 ， 0 1 7 4 7 5 [ 5 ] 刘志刚， 张华清． 综采工作面过断层技术与实践 [ J ] ． 煤矿开采 ，2 0 1 0 ， 1 5 0 5 3 0 3 1 E 6 ] 王 平 儿 ， 伍 祖 恩 ， 周 萧 ， 杨 建 平 拳 粪 秦 妻 ； 5 2 媳蕉 钟技 2 0 1 6 年 第 2 期 2 2 2 8 0 0 mm锚杆，每根锚杆 Z 2 5 5 0 两支，二次 支护完成后进行深孔注浆。 3 ． 2 现巷道 支护设计方案 通过对前期施工巷道和地质条件及煤层、巷道 空间关系分析， 对原支护方案进行优化， 提出 “ 三锚” 动态联合支护方案。当煤层进入巷道 以后，全断面 增加竖向 M4 钢带补强 ，当煤层上至巷道顶板时， 顶板采用超前金属骨架 ，合理确定支护材料长度和 锚杆方式，保证锚杆 、锚索能锚固在稳定围岩中。 一 次支护和二次支护后 ，及时进行浅孔 、 深孔 注浆 ， 使煤层 岩层 改性强化，形成整体 ，提高巷道稳 定性。 4施工方法 4 ． 1 一次支护 浅孔充填 1 煤 层 在 巷 道 内拱 基 线 以 上 采 用 2 2 2 8 0 0 m m锚杆，并配合一根标 准 M4 钢带进 行支护，锚杆间排距 8 0 08 0 0 mm。 2 煤层抬升至巷道顶板 0 - 5 m拱基线以上 采用 2 1 ． 8 7 3 0 0 mm锚索 ，并配合一根标准 M4 钢带进行支护，锚索间排距 1 6 0 01 6 0 0 m m。 3 煤层顶板抬升至距 离巷道顶板 5 ～ 8 m 拱 基 线 以 上 采 用 2 2 2 4 0 0 mm 锚 杆， 并 配 合 一 根 标 准 M4钢 带 环 向 进 行 支 护，锚 杆 间 排 距 8 0 0 8 0 0 m m， 拱 基 线 以 上 支 护 锚 索 2 1 ． 8 1 0 0 0 0 mm，锚索间排距 1 6 0 0 1 6 0 0 m m。 4巷道揭穿煤施工过程中，每根使用三卷 锚固剂，一卷快速 K 2 5 5 0锚固剂、2 卷 中速 Z 2 5 5 0 锚固剂 ，全长锚固。 5施 工 结 束 后 ，通 过 注浆 锚 杆 进 行 浅 孔 注 浆。 锚 杆 采 用q b 2 2 2 5 0 0 m m， 间 排 距 1 6 0 0 x 1 6 0 0 mm 。 4 ． 2二 次 支护 深孔锚 注 1 一次支护技术后，根据一次支护采取 的 动态施工工序与支护参数 ， 进行锚带网索二次支护。 2支 护结束后 采用注浆锚 索进行 注浆 2 27 0 0 0 ram，间排距 2 5 0 0 2 5 0 0 mm。施工示意 图见图 2 ． l 【搿 1 【 jl ■■r 巷 遒 蟪 ■ ■ ■ ● l 图 2 施工示意图 5 支护效果 一 9 5 2 m 回风 石 门 已施 工 7 2 0 m，穿 3煤 巷 道 7 0 m，在穿 3煤巷道内布置 3 组矿压观察点，每组 4个 顶底板各 1 个 ，帮部 2个 。通过进 1 8 0 d 观测和数据分析 ，巷道帮部最大变形量为 4 9 mm， 顶板下沉 4 5 mm，底板 7 0 m m，整体巷道围岩的控 制效果较好 ，能满足安全生产使用要求。 1 动态使用 7 3 0 0 m m、1 0 0 0 0 mm等不 同长 度的支护材料 ，确保锚索、锚固在坚硬的岩石中， 增加巷道支护的科学性和合理性。在施工锚杆、锚 索等支护材料时，由原来 2 卷树脂药卷端头锚固增 加为 3卷树脂药卷全长锚固，提高围岩弱面锚 固效 果 。 2锚杆 、锚 网、锚注材料及使用工具结构 简单，体积小 ，重量轻，操作及使用方便 ，减轻了 工人的劳动强度。 及时增加环向M4 钢带进行支护 ， 缩小控顶距 ，减少了控顶面积，有利于安全操作。 锚杆支护减少掘进荒断面，提高掘进效率。 3 锚杆、锚索、锚注隶属于主动支护，施 工过程中能改变围岩受力状态，有效的控制围岩变 形。巷道爆破后，煤层松动，通过对岩石 煤体 的裂隙进行锚注，改变巷道煤岩 自身性质，使巷道 成为一整体 ，减少了后期的维护费用 ，目前巷道已 施工一年多，无明显变形和位移。 6 结束语 在 一 9 5 2 m 回风石门穿煤动态支护实验成功后， 又相继在北外环 4 号交叉点 、水仓通道、清理斜巷 3 处揭煤巷道使用该技术 ，巷道支护效果较好 ，无 明显收敛和变形。可见，利用 “ 三锚”动态联合支 护技术解决穿煤巷道支护问题 ，技术上是科学的， 操作是安全的、可行的，经济上是合理的，也为淮 北矿区千米深井软岩或穿煤巷道支护提供借鉴。 上接 第 5 0页 煤 层 回采 工作 面过 断层 实践 [ J ] ． 江 西煤 炭科 技 ，2 0 1 3 ， O 3 5 3 - 5 4 [ 7 ] 郑 群 ， 邵 洪 杰 ， 李 俊 斌 ． 复 杂 开 采 条 件 下 综 采 过 断层 生 产 管 理 技 术 [ J ] ． 能 源技 术 与 管 理 ． 2 0 1 3 ． 3 8 0 1 8 4 8 5 [ 8 ] 毕仲文 ． 煤矿井下采煤工作面过断层技术措施研究 [ J ] ． 山西煤炭管理干部学院学报， 2 0 1 3 ， 2 6 0 2 3 6 3 8 [ 9 ] 陈少璞 ， 王滨 ， 王瑞智 ， 孙宝雷， 张朋 ． 大柳塔煤 矿 1 2 6 1 1 ． 2综 采 面 过 断层 技 术 研 究 [ J ] ． 煤 炭 工 程 ， 2 0 1 1 ， 1 0 7 2 7 4