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702019 年第 9 期 综采工作面过断层施工工艺研究应用 张嘉安 （大同煤矿集团有限责任公司，山西 大同 037001） 摘 要 为了保证综采工作面快速过断层，减少过断层期间破岩量，提高煤柱回采量，决定对雁崖矿三盘区 8302 工作面过断 层采用旋转俯斜回采工艺。通过实践，增加了工作面过断层期间煤柱回采量，缩短了过断层周期，降低了设备损坏率，取得了 显著成效。 关键词 综采 工作面 断层 中图分类号 TD823.97 文献标识码 B doi10.3969/j.issn.1005-2801.2019.09.027 Research and Application of Construction Technology for Fully Mechanized Mining Face Crossing Faults Zhang Jia-an （Datong Coal Mine Group Co., Ltd., Shanxi Datong 037001） Abstract In order to ensure that the fully mechanized mining face passes through the fault quickly, reduce the rock breakage during the fault, and increase the recovery of coal pillars, it is decided to adopt the rotary subduction mining technology for the 8302 working face in No.3 panel area of Yanya Coal Mine. Through practice, the recovery of coal pillars during the working face crossing faults is increased, the period of crossing faults is shortened, the rate of equipment damage is reduced, and remarkable results are achieved. Key words fully mechanized mining face fault 收稿日期 2019-04-08 作者简介 张嘉安（1990-），男，毕业于太原理工大学采矿工程 专业，本科，助理工程师，现就职于大同煤矿集团有限责任公司 生产技术部，从事煤矿技术管理工作。 综采工作面在回采过程中经常遇断层、陷落柱、 煌斑岩等地质构造，若不采取合理有效回采工艺及 安全技术措施，不仅减少了煤柱回采量，降低了工 作面回采效率，还加大了设备损坏率，而且很容易 发生顶板垮落等事故。本文以大同煤矿集团雁崖煤 业公司三盘区 8302 工作面为例，对工作面过断层 期间提出了合理有效的快速回采工艺及安全措施。 1 概 述 大同煤矿集团雁崖煤业有限公司 8302 工作面 位于井田三盘区，工作面走向长度为 1200m，倾向 长度为 220m，回采煤层为二叠纪下统山西组 4煤 层，平均厚度为 3.5m。煤层无伪顶，直接顶主要以 粉砂岩为主，平均厚度为 3.2m，基本顶主要以粗砂 岩为主，平均厚度为 9.2m。8302 工作面采用综合 机械化回采工艺，截至目前已回采 470m。 地测科提供资料显示，8302 工作面回采至 462m 处位于回风顺槽 13导线点处揭露一条 F3 逆 断层，落差为 1.7m，倾角为 47，断层与工作面 夹角为 18。F3 断层从回风顺槽向工作面内延伸， 影响倾向长度为 57m，走向长度为 64m，断层岩体 主要以粉砂岩及泥岩混合岩体为主，岩体普氏系数 f4.5，硬度大，且岩体粘结强度高，破碎难度大。 2 以往工作面过断层回采工艺及问题分析 2.1 以往回采工艺 以往综采工作面在揭露断层后，多采用松动爆 破与采煤机割煤联合过断层施工工艺，具体回采方 法如下 （1）工作面完全揭露断层后在断层上盘岩体 布置松动爆破孔，孔深为 1.0m，直径为 42mm，炮 孔垂直工作面煤壁布置。共计布置两排炮孔，炮孔 间距为 1.0m，第一排炮孔距顶板间距为 0.3m，钻 孔间距为 2.0m，如图 1 所示。 （2）爆破钻孔施工完后，依次向钻孔内填装 矿用乳化炸药及毫秒延期电雷管，每个炮孔装药量 712019 年第 9 期 为 300g，炮孔采用水泡泥封孔处理，封孔长度不得 低于 0.5m，煤层允许爆破炮孔数量为 3 个。 （3）断层上盘岩体松动爆破完成后，采用采 煤机进行割底煤机破顶岩，单刀割煤深度为 0.5m， 当工作面割两刀循环完成后继续在断层岩体施工炮 孔并进行松动爆破施工，依次类推直至工作面完全 过断层带。 图 1 8302 工作面强行过 F3 断层炮孔布置示意图 2.2 问题分析 （1）回采效率低。根据现场观察发现，每次 爆破需施工 4050 个炮孔，钻孔施工时间达 3h，爆 破时间为 0.8h，按三八工作制每天工作面仅可进行 三次爆破施工，工作面回采进度最多 3.0m/d，回采 速度慢，效率低。 （2）破岩量大，机械设备损坏率高。由于 F3 断层岩体主要以粉砂岩及泥岩混合岩体为主，岩体 硬度大，虽然采用松动爆破对岩体进行预裂，采煤 机破岩量仍然较大，岩体对采煤机滚筒损坏严重。 8302 工作面前期采用该方法过断层时，共计更换滚 筒截齿 72 个，损坏滚筒一个，设备成本费用达 87 万元。 （3）减少了煤柱回采量。由于 F3 断层对工作 面走向影响长度为 64m，采用爆破与采煤机强行过 断层回采工艺时预留底煤量达 1.2 万 t，减少了工作 面煤柱回采量，减少煤矿经济效益达 300 余万元。 同时 4煤层属于高瓦斯且易自燃煤层，强行过断层 时加大了采空区遗煤量，工作面回采期间很容易造 成采空区瓦斯超限、煤层自燃现象，威胁工作面安 全回采。 3 旋转仰斜法过断层回采工艺研究 3.1 旋转回采调面法 为了提高 8302 工作面过断层期间煤柱回采量， 减少破岩量，通过技术研究决定，当工作面尾端距 断层5.0m处时采用旋转回采法对工作面进行调面， 使回采面与断层面平行。 （1）8302 工作面安装型号为 GXW59 刮板输 送机，该输送机最大允许弯曲角度为 1.5，采煤 机割煤深度为 0.8m，所以每隔一刀煤刮板输送机允 许移动直线距离 0.8 30.7m sin1.5 L 。工作面液压支 架宽度为 1.75m，在允许移溜子范围内安装支架数 N30.7/1.7518， 8302工作面共计安装132个支架， 所以旋转回采等分数 m132/187。 （2） 以工作面尾端132支架为第一个旋转点， 第二旋转点为 114支架，第三旋转点为 96支架， 第四旋转点为 78支架，第五旋转点为 60支架， 第六旋转点为 42支架，第七旋转点为 24支架， 第八旋转点为 4支架。 （3）旋转回采前首先将煤壁调直，将采煤机 移至 114支架处并向尾部斜切进刀，深度为 0.8m， 工作面下行回采至尾部后空刀返回至 96支架处， 然后依次前移 114～ 132支架之间刮板输送机并 进行移架。 （4）从 96支架继续向尾部下行割煤，割 煤至尾部后上行空刀返回至 78支架，然后前移 96132支架之间刮板输送机，依次类推直至采煤 机空刀返回至 4支架。在此期间共计短刀割煤6 刀， 长刀割煤 1 刀，一个循环工作面旋转回采进度为 5.6m。 （5）由于 F3 断层与工作面夹角为 18，当工 作面尾端揭露断层后需继续回采 17.6m 方可完全揭 露断层，所以工作面旋转回采 3 刀后即可将工作面 调斜，且与断层面平行。 3.2 俯斜法回采工艺 当工作面旋转回采后且工作面完全揭露 F3 断 层后，为了提高断层上盘煤柱回采量及提高俯斜回 采时减少断层岩体破岩量，减少采空区遗煤量，决 定留顶煤破底岩进行俯斜回采过 F3 断层。 （1）工作面从头部向尾部下行割煤至距 F3 断 层14m处时， 调整采煤机切割角度， 使采煤机以7 俯角下山回采，如图 2 所示。 （2）当采煤机下山回采至断层处时揭露断层上 盘煤层顶板，此时及时调整采煤机回采角度进行进 水平煤层回采， 依次类推直至工作面完全过断层带。 （3）工作面在俯斜回采时，严格控制采煤机 截割深度在 0.5m 范围内，割煤完成后及时进行带 压擦顶移架。 （4）由于下山回采时需预留断层下盘顶煤， 顶煤厚度为 01.7m，受煤层结构及稳定性影响，顶 煤预留难度大，很容易造成顶板垮落事故。针对这 722019 年第 9 期 减少了巷道变形量，巷道底板整体加固效果更加突 出，改善了巷道长期服务过程中底板因单一混凝土 加固而变形的现象，避免和消除了巷道底板失稳的 不良影响，取得了良好的应用效果。该方案可以在 种情况，决定采用注浆、撞楔超前支护进行顶煤维 护① 下山回采期间在顶煤位置施工一排注浆钻孔， 钻孔深度为 3.0m，钻孔俯角为 7，间距为 2.0m， 钻孔施工完后采用高压注浆泵向钻孔内注射聚氨酯 粘合剂，注浆压力为 1.2MPa；② 注浆完成后，在 下山回采设计顶板位置施工一排撞楔超前支护，支 护体主要为长度 3.0m、直径 30mm 的钢针，钢针间 距为 0.5m，超前支护排距为 2.0m，相邻两排超前 支护叠加交错布置。 图 2 8302 工作面俯斜法过 F3 断层剖面示意图 4 结束语 （1）采用旋转回采法使工作面与断面平行， 减少了揭露断层期间破岩量，降低了机械设备故障 率。8302 工作面在后期过断层期间共计更换采煤机 截割齿 25 个，未发生滚筒损坏事故，与传统回采 工艺相比可节约设备维修费用达 57 万元。 （2）采用预留顶煤破底岩俯斜回采工艺，减 少了断层下盘岩体破岩量 4728m3，增加煤柱回采量 9.2t， 减少了采空区遗煤量， 避免了采空区煤层自燃、 瓦斯涌出超限的事故。与传统强行过断层回采工艺 相比，该方法过断层时可使回采效率提高至 6.5m/d， 提前 9d 过断层。 （3）工作面俯斜回采时对顶煤采取注浆后， 提高了破碎顶煤胶结稳定性，使煤体单轴抗压强度 由原来的 17.8MPa 提高至 56MPa，防止顶板垮落事 故发生。同时采用撞楔超前支护可对顶煤进行超前 维护，保证工作面液压支架初撑力及工作阻力，提 高了支架支护效果。 【参考书目】 ［1］ 和正华 . 综采工作面过断层技术实践 [J]．山东煤 炭科技，2019（02） 28-30. ［2］ 唐英政 . 浅析大隆矿东二 1501 综采工作面过断层 方法 [J]. 内蒙古煤炭经济 ,2019（01）153-154. ［3］ 崔浩 .33_ 上 05 综采工作面过断层优化设计 [J]. 煤矿现代化 ,2019（01）38-39. ［4］ 张鑫 . 灵北煤矿 51001 综采工作面过断层技术分 析 [J]. 煤炭科技 ,2018（03）104-105. ［5］ 袁晓凡 . 综采工作面旋转调面过断层的技术措施 [J]. 江西煤炭科技，2018（03）42-44. 的优劣，认为应采用 6m 煤柱宽度。 （2）模型根据顶、底板岩性情况构造，较接 近工程实际，但其不能反映岩体工程中的各向异性， 模拟方法仅仅是一种参考及验证手段，与工程实践 难免有出入。该模拟方法手段，在实践应用中可结 合监测数据使用，对类似工程实践的开展，具有一 定借鉴价值。 【参考文献】 ［1］ 宁静 . 深部大采高综采工作面区段煤柱宽度优化 研究 [J]. 煤炭工程，2019，51（03）13-17. （上接第 66 页） ［2］ 杜梦远 . 迎采巷道采动扰动下合理小煤柱宽度研 究 [J]. 煤，2019，28（03）51-55. ［3］ 马新根，何满潮，李钊，等 . 复合顶板无煤柱自 成巷切顶爆破设计关键参数研究 [J]. 中国矿业大 学学报，2019，48（02）11-1252. ［4］ 宋平，庞新坤，刘宏军 . 区段煤柱留设合理宽度 FLAC3D数值模拟研究 [J]. 中国矿业，2019，28 （03）78-81. ［5］ 李一凡，刘成洲，崔腾飞，等 . 煤矿开采沉陷预 计过程的 FLAC3D数值模拟研究 [J]. 北京测绘， 2018，32（10）1156-1160. （上接第 69 页） 服务年限较长的巷道、硐室底板加固及遇水膨胀、 易底鼓、需及时维护的地质条件下推广应用。 【参考文献】 ［1］ 李泉新 . 煤层底板超前注浆加固定向钻孔钻进技 术 [J]. 煤炭科学技术，2014，42（01）138-142.