综采工作面过断层开采技术探讨.pdf

综采工作面过断层开采技术探讨 大同煤矿集团同家梁矿 樊继强 大同煤矿集团云冈矿 赵 军 摘 要 该文通过多年来综采工作面过断层开采的实践,对过断层的方法及顶板管理问题进行了探讨,并指出了过断层 开采应注意的问题。 关键词 综采工作面 断层 顶板管理 深孔爆破 过空巷 综采工作面在开采过程中,常遇到断层等构造的影 响。过断层带时,顶板的破碎度增加,由于顶底板不平整, 易造成支架歪斜使支架的实际支护能力降低,支架上方常 会造成不同程度的冒顶,支架上的矸石垫层加厚,使支架 的支护阻力显著下降。又由于顶板提前断裂,在接近断层 带时,顶板会发生回转来压,甚至出现压死支架的事故。 另外,由于断层的出现会引起采煤机局部割岩量大量增 加,一般要用放炮松动煤岩体,增加了工作量,使煤炭质量 下降。 1 综采工作面过断层时的方法及选择 综采工作面通过断层的方法,取决于断层的落差、 煤 层的厚度、 综采设备的最小工作高度、 断层处的岩石硬度、 综采工作面推进的方向及煤层的倾角等。当断层落差小 于煤层厚度和综采设备的最小工作高度之差时,综采工作 面过断层时除加强工作面支护外不必采取其它措施;而当 断层落差大于煤层厚度,核算工作面硬过不经济时,一般 是另掘开切眼工作面进行小搬家,如果断层距盘区边界或 工作面停采线不远时,综采工作面就直接躲过断层,剩余 煤炭可布置炮采工作面进行回收。 对断层落差较大且工作面又必须通过时,可采用三种 方法。 1.1 挑顶卧底时采用深孔爆破和浅孔爆破相结合 这种方法是事先做好过断层的各种准备工作,计划好 挑顶卧底的位置和长度,造成一个人为的坡度,以保证综 采设备的顺利通过。若挑顶卧底的高度较大,在两个顺槽 内利用放煤体震动炮的TXU75型钻机钻孔,钻孔长度 一般为40m,装药用装药器装药,为安全起见,实行打一个 孔,装药放炮完后,再打第二个孔,炮孔的密度可大一些, 具体视现场情况而定。如图1、 图2和表1。 这种过断层的方法,曾在大同多次使用,效果较好。 因钻孔长度大,装药量多,爆破威力大,在钻孔时要注意其 角度和方向,放炮距工作面的距离一般不小于50m,以减 少对工作面的影响。放炮前,工作面内的支架要全部达到 初撑力的要求,控顶距缩到最小。另外,放炮时要注意炮 孔距预计的挑顶后工作面顶板的距离,距离太小会使顶板 受到影响,增加工作面通过时顶板管理的难度,根据观察, 深孔爆破裂隙带的直径一般为700mm以下。 图1 挑顶卧底过断层 图2 深孔爆破装药结构图 表1 深孔爆破参数表 钻孔深度 m 装药长度 m 充填长度 m 装药量kg 高威力 粘性 木楔个数 40271328.5552 通过深孔爆破处理后,采煤机截割阻力将减小,为使 工作面顺利通过断层,在推进到断层附近时,工作面要调 斜前进,调斜的程度一般不超过20m140m的工作面。调 斜后减少了断层在工作面内的暴露范围,易于顶板的维护 和断层带内岩石的处理。因深孔爆破后,有些区域内的岩 石没有受到破坏,如工作面中部和两端充填部位,要结合 浅孔进行松动处理。 1.2 当工作面遇到地堑或地垒构造且范围又不大时,可 先掘一条岩石巷道,使综采设备空载通过 这种方法是事先沿断层走向掘一条岩巷,将断层带的 岩石处理掉,如图3。巷道基本上沿无煤带掘进,掘宽 4.0m,支护用工字钢梁木腿棚支护,工作面通过前在钢梁 下用钢丝捆好钢轨,钢轨沿巷道方向架设,几架钢梁与钢 轨捆成一体。当工作面通过时,光撤除一架棚子的一根棚 腿,让前梁托在钢轨下面,在其它支架通过时就可顺序撤 74 2002年第1期 山东煤炭科技 下棚腿,工作面顺利进入空巷直至通过。 图3 沿断层开巷方法 此方法的优点是断层附近的岩石已经预先处理,工作 面通过时速度较快,且采煤机不截割岩石,存在的问题一 是通风管理困难,既要保证工作面通风又要使岩巷有一定 的风量吹散瓦斯,不容易掌握;二是岩巷的顶板管理有一 定困难,因为断层带本身岩石就较破碎,又受到综采工作 面超前支承压力的影响,支护的难度较大。 1.3 倾斜长壁开采遇断层倾角变大、 工作面推进困难时, 可对采煤机行走部进行改造 大同某矿工作面遇到了一地质构造带,工作面俯斜角 度变位了11 左右,并且在回风巷550m处遇到一落差1. 6m的正断层,该断层回风巷夹角为70 左右。因为煤层本 身具有一定的坡度,加上过断层卧底挑顶后的坡度,在开 采过程中实测为俯斜24 。使用的设备是TZ720支架和 AM500采煤机,若通过该断层是相当困难的。主要问题是 避免采煤机向煤壁翻倒,减少采煤机落道。通常是在刮板 输送机下垫设三角型的钢架来使采煤机的倾角减小,但增 加了装煤的难度,经综合分析,采用了加高靠煤壁侧滚动 滑靴的方法,人为减小采煤机的倾斜度,共加高100mm。 在开采时,采用单向割煤,返回装煤的工艺过程,并尽量减 小截深,移架时,擦顶前移,以防支架向前倾倒。通过采取 以上措施,使工作面顺利地通过了断层及构造带。 2 综采过断层时的矿压显现特点与顶板的管理 2.1 矿压显现特点 在综采工作面快要接近断层时,由于工作面的直接顶 和老顶早已经在断层处裂断,当支架和前方煤壁支撑不住 顶板的重量时,将会回转来压。断层走向与两条顺槽夹角 越大,来压的可能性越大,反之,顶板来压的可能性也就越 小。另外综采工作面从上盘推进到下盘和从下盘推进到 上盘其工作面受到的压力是完全不同的,如图4。从上盘 向下盘推近时,顶板除受支架、 前方煤壁、 采空区矸石支撑 外,还受到断层面下方的煤岩体支撑,顶板一般情况下不 会发生台阶下沉,但顶板发生回转较容易。当工作面处下 盘向上盘推进时,情况正好相反,顶板容易发生台阶下沉, 而由于断层面的咬合作用,顶板不易发生回转。由此可见 若工作面从上盘向下盘推进时,在距断层距离较大时,应 提前做好工作面来压的准备;而工作面从下盘向上盘推进 时,要加强支护,以防工作面发生台阶状下沉。 a.从上盘向下盘推进 b.从下盘向上盘推进 图4 工作面的推进方向 2.2 顶板管理 断层带附近的顶板较破碎,在过断层前预备好处理冒 顶的材料。移架时要采取带压移架,不得降柱过多,另外 要缩小割煤与移架的间距,采用追机移架,以减少空顶面 积和时间;要保证泵站压力和初撑力达到标准要求,对超 前和端头的单体液压支柱,要保证其初撑力达到要求,对 工作需要撤下的支柱要及时进行补支。 在顶板发生漏顶时,应及时处理,以防漏顶范围扩大。 当漏顶范围较大时,可在煤壁贴顶板处打超前眼插入 Φ32mm以上的钢棍,在钢棍上架长梁,以使支架与顶板保 持相对稳定,从而使支架前探梁逐步进入完整顶板。若岩 石块度大,超前插入的钢棍弯曲,也可使用无腿棚环塞长 梁来控制顶板的冒漏。顶板漏顶程度较严重时可采用穿 钢针,穿棚环相结合的方法进行处理,如图5。首先打浅 眼穿一排棚环,在棚环上先架设垂直工作面的园木另一 端架在支架前梁上 , 然后在其上方架设平行工作面的园 木,形成掩护棚顶;之后,人员可在掩护棚顶下打深眼穿钢 针;并加大其密度,保证棚顶架梁的强度;最后及时前移支 架,支架前梁推入钢针和棚环外露下方后升紧挑牢,形成 人工假顶,截住冒矸,使工作面顺利通过漏顶区。 1.钢针 2.棚环 3.横梁 4.桃梁 图5 综合过漏顶示意图 84 山东煤炭科技 2002年第1期 实验研究 曹庄井田水文地质调查及综合防治水研究 曹庄煤炭有限责任公司 杨列彦 朱昌元 张文举 摘 要 该文分析了曹庄井田内主要含水层、 隔水层、 充水通道等地质特征。根据具体情况,研究分析了采取疏、 堵结合 的综合防治水措施。 关键词 水文地质 调查 防治水 综合措施 1 区域水文特征 滕南煤田位于滕县背斜的东南侧,煤系区域走向为 NE向,地质倾角比较平缓,总体形态为一宽缓的向斜构 造,煤田内有许多断层和次级褶曲。其中东以庄里断层、 杜庙断层,西以田岗断层,北以庄里断层,南以程楼断层, 把煤田切割成南北狭长的条带,包括庄里、 泉上、 郭庄、 曹 庄、 柴里井田。使该单元四周为断层所切割、 补给较弱、 排 泄不畅、 内部水力联系密切、 相对独立而封闭的单斜水文 地质块段。 2 矿井水调查分析 2.1 充水水源 充水水源分为直接充水含水层、 间接充水含水层、 老 空水等。 曹庄井田内直接充水含水层有山西组3个煤层顶板 砂岩、 三灰、 十下灰;间接充水含水层有第四系砂砾层、 侏 罗系砂砾岩、 十四灰、 奥灰;老空水有301、303、305、307等 工作面采空区。 2.2 主要隔水层 井田内隔水层多与含水层相间分布,主要包括第四系 隔水层组、 太原组粘土岩和本溪组粘土岩。 2.3 充水通道 井田涌水道概括起来有边界条件、 裂隙断层、 钻 孔、 溶隙陷落柱等。 3 矿井综合防治措施 利用综合系统的分析方法,通过上述水文地质调查, 从静态和动态两个方面对本井田各主要含水层、 隔水层的 水文地质背景、 富水规律和特征、 补给关系、 给水方式、 边 界条件和受构造与采动影响的突水机理做进一步的系统 分析,矿井宜采用以下综合防治水措施。 3.1 积极预计预测预报 利用大井法、 积水廊道法、 类比计算法、 经验公式法、 模糊理论预计法等对矿井涌水量进行科学的预计,根据涌 水量的大小,设计实施排水工程,制定防治水措施。 利用堰测法、 浮标法、 重量法、 流速仪法等观测方法, 在井田内部布设观测网站,求矿井涌水量,对保证矿井正 常生产具有重要意义。 当掘进巷道或回采工作面接近水文地质条件复杂有 突水预兆地段时,下水文预报,采取探放水等积极措施,坚 持 “有疑必探,先探后掘,先探后采” 的原则。 3.2 泄水孔、 泄水巷、 泄水面 在工作面下方施工泄水巷或在轨道下山打泄水孔,与 采煤工作面沟通,排放3下煤层顶板砂岩水和部分第四系 水。沿煤层顶板或在顶板砂岩内掘巷道,既能探清煤层产 状和构造情况,又达到放水目的。矿井试生产时,在首采 区中部一宽80m的303试采面,作为泄水面,进行采动放 水,开始时涌水量达120m3/ h ,结果使相邻面302、304工作 面涌水量降为8～12m3/ h ,给正常生产创造了良好环境。 3.3 疏放降压 对承压含水层有目的的进行疏放降压,为矿井向下水 平开拓延伸创造条件。如第三层灰岩原始水位为 42. 8。 通过施工307泄水巷,进入第三层灰岩,涌水量控制在 40m3/ h ,经过5年的时间,水位下降为- 113.4m。 3 结论 综采工作面过断层的关键问题 1 选择合理方法,使 工作面顺利通过断层带,以减少设备的损坏和工作面过断 层的时间,取得较好的经济效益 ; 2 加强顶板管理,尽量 减少顶板的冒漏以保证人员和设备的安全。 作者简介樊继强 男,1972年出生,1995年北京煤干院 毕业,助理工程师,现任大同煤矿集团公司同家梁矿安监 站副站长。 94 2002年第1期 山东煤炭科技