煤矿大倾角综采作业面过斜交断层技术.pdf

2020 年第 6 期2020 年 6 月 中国作为煤炭大国，国内煤炭储量丰富，而在中 国煤炭总储藏中[1-2]，大倾角煤层赋存量可占到煤炭总 储量的 20以上，同时，受特殊成煤环境的影响，大 倾角煤层中 50以上为无烟煤或优质焦煤，具备巨大 的开发使用价值。有鉴于此，针对大倾角煤层综合机 械化开采工艺，特别是特殊地质条件影响下的大倾角 煤层开采工艺开展深入探究，对于推动矿井生产的更 加高效开展有积极意义。 1工程概述 A 矿井下 4236 作业面倾向长度 120 m，倾角均值 35毅，煤层厚度均值 3.5 m，硬度系数均值 0.8，为典型 的大倾角复合顶板松软煤层。煤层上部直接顶为厚度 均值 9.6 m 的粉砂岩和泥岩互层，呈灰色中厚层状；基 本顶为厚度均值 3 m 的中粒砂岩，呈灰色中厚层状； 下部直接底为厚度均值 1.8 m 的泥质粉砂岩，呈深灰色 薄层状。作业面回采选用综合机械化后退式开采工艺。 在前期地质勘探过程中，4236 作业面回采区域内共揭 露断层 4 条，表 1 即为断层参数统计情况，其中，F1 和 F2断层为斜交断层，它的存在极大地增加了综采作 业面过断层的难度。 2过斜交断层前期准备分析 针对大倾角综采作业面过断层时存在的各类问题， 在 A 矿 4236 作业面回采作业前，采取针对性措施对其 进行有效防范。 表 1断层参数统计表 2.1断层影响范围的确定 使用 WKT-E 型无线电波透视装置提前测定断层影 响范围[3-4]。作业时，采用井下顶点法进行探测，作业 频率为 0.5 MHz；探测发射点布设于运输巷内，布设间 隔 50 m，探测接收点布设于回风巷内，布设间隔 10 m。 通过探测作业可知，在 4236 作业面回采区域内存在 1.2伊104m2的物探异常区，如图 1 所示。通过对所接收 数据的分析可知，物探异常区呈块状分布，磁波衰减值 为 5耀16 dB，存在瓦斯集聚或水体集聚的可能。 收稿日期2020-04-15 作者简介章洁，1991年生，男，山西大同人，2015年毕业于吕 梁学院采矿工程专业，助理工程师。 煤矿大倾角综采作业面过斜交断层技术 章洁 （ 大同煤矿集团有限责任公司煤峪口矿，山西 大同 037003 ） 摘要 以煤矿大倾角综采作业面过斜交断层开采为对象开展探究，结合具体工程实际，从作业面过断层前期准备和 现场过断层两个方面对大倾角综采作业面安全过斜交断层开展针对性分析探究，希望能够为其他矿井相似工程的开展提 供经验借鉴。 关键词 矿井；大倾角；综采；过断层；斜交断层 中图分类号 TD823.97文献标识码 A文章编号 2095-0802-202006-0124-02 Technology of Passing through Oblique Fault in Fully Mechanized Mining Face with Large Dip Angle ZHANG Jie Meiyukou Coal Mine, Datong Coal Mine Group Co., Ltd., Datong 037003, Shanxi, China Abstract This paper explored the mining passing through oblique fault in fully mechanized mining face with large dip angle. Combined with the specific engineering practice, it carried out targeted analysis and exploration on the safe crossing oblique fault of the fully mechanized mining face with large dip angle from two aspects of the pre-preparation of the working face passing through the fault and the site passing through the fault, hoping to provide experience for the development of similar projects in other mines. Key words mine; large dip angle; fully mechanized mining; passing through the fault; oblique fault （总第 177 期） 技术研究 断层编号 走向角度/毅 倾向角度/毅 倾角/毅性质落差/m 对回采影响性 F14832055正断层3.2大 F28517656逆断层2.5大 F38217349正断层0.4小 F48117147正断层2.9大 单位m 图 1作业面无线电波探测结果示意图 4236回风巷巷道长度 101520253035404550 500505510515520525530535540545550 4236运输巷巷道长度 终 采 线 05 物探异常区 124 2020 年第 6 期2020 年 6 月 2.2钻探综合防治 2.2.1钻孔探水 在作业面两侧巷道对作业面异常区进行钻孔探测， 其中，运输巷和回风巷探测钻孔垂直顶板中线布设， 探孔布设间隔 1 500 mm，单孔深度 15 m。探放作业 表明，异常区不存在水害威胁[5]。 2.2.2瓦斯抽放 A 矿 4236 作业面运输巷内原布设有瓦斯抽放钻孔， 钻孔布设间距 3 000 mm，钻孔深度 50 m，但在异常 区内瓦斯抽放效果明显较差。针对这一不足开展优化 设计，将异常区巷道抽放孔改为直径 75 mm、深度 90 m、间隔 1 500 mm 的三花眼式钻孔，同时，在回 风巷道下帮采用相同的方式布设自然释放孔，从而对 作业面异常区形成立体式的全覆盖型瓦斯抽放系统。 2.2.3钻孔注浆 在作业面两侧巷道正式掘进作业前，回采范围内 的断层带处于三向受力状态，而在巷道掘进通过后， 围岩应力分布改变，两巷断层在裂隙数量、裂隙大小和 巷帮承载力等方面均呈现出增多增大的趋势，需要采取 针对性的注浆措施保证过断层区域围岩的完整性。具体 注浆参数如下注浆钻孔布设间隔 3 000 mm，钻孔深 度 5耀25 m，注浆孔直径 28 mm，分别从回风巷道下帮 与运输巷道上帮向断层带进行注浆作业，注浆时使用长 孔短孔相结合的方式。图 2 即为作业面注浆钻孔布设 方式示意图。注浆起始位置为作业面回采线距离断层上 帮交线 5 m 处，注浆时采用三花眼方式布设注浆孔。 H.断层落差。 图 2作业面注浆钻孔布设方式示意图 2.2.4采高控制 借助数值模拟软件，针对不同采高情况下的围岩 破坏情况进行分析探究，其分析情况如图 3 所示。分 析图 3 可知，当采高为 2.4 m 时，支架前方不会发生顶 板冒落现象，围岩稳定性较高。有鉴于此，在回采推 进面距离断层 6 m 时，借助刮板运输机提升设备调整 作业面采高，将采高降低为 2.4 m，待回采面通过断层 区域后再将作业面回采高度恢复至 3.2 m，以确保过断 层期间的安全性。 3作业面现场过斜交断层分析 3.1破煤岩技术分析 在大倾角综采作业面回采过断层时，在断层前后 30 m 区域内采用台阶式割煤技术。具体内容如下当 采煤机下行割煤时，前滚筒沿煤层顶板割煤作业，同 时，后滚筒不沿底板作业，从而构成台阶；当采煤机进 行上行清煤时，前滚筒割台阶，后滚筒清扫浮煤。另 外，针对部分位于断层上盘的采线，使用爆破破岩的方 式进行顶板清除，从而实现自断层下盘向断层上盘的 进入。一般拉底量每刀为 50耀100 mm，按照 5毅的俯角 进行推移，割煤岩使用“卧三刀、平三刀”的方式，从 而规避对刮板运输机造成的损伤。图 4 即为作业面下 端头过断层示意图。 图 3围岩破坏情况示意图 图 4作业面下端头过断层示意图 3.2作业面支护技术 大倾角作业面多选用自下而上的移架顺序，为尽 可能缩减顶板暴露时长，在断层附近时使用擦顶带压 跟机的移架方式，移架时梁端距不小于 340 mm，架间 隙不小于 200 mm，初撑力不低于 24 MPa，移架后要 及时开启护帮板并伸出伸缩梁。当支架空顶距离不足 3 架支架时，使用单体支柱支撑液压支架，辅助移架作 业；当支架空顶距离超过 3 架支架时，则在使用单体支 柱辅助移架的同时使用木垛接顶。此外，当作业面出 现深度超过 1 000 mm 的片帮现象时，可采取开帮掘 巷、锚杆 （ 索 ） 护顶和注浆加固的方式，以确保作业面 过斜交断层的安全性[6]。 4结语 大倾角煤层作为中国煤层赋存中十分常见的一种 类型，采取有效措施实现对其的高效开采，是提升矿 井综合效益和实现煤炭资源充分利用的必然需求。但 由于大倾角煤层所处区域地质条件复杂，矿井管理者 应当重视对相关技术问题的分析研究，积极组织专业 技术力量，结合生产实际开展针对性的分析探究，从 而为大倾角煤层的安全有效开采提供坚实保障，以推 动矿井生产的持续进行。 参考文献 ［1］ 王艺耕.煤矿大倾角综采工作面过斜交断层技术研究 ［J］ .能 源与节能， 20195 115-116. 北 封孔器安装线 注浆孔 4236回风巷 4234运输巷 H3.10 m 4236运输巷 H1.40 m F1 44毅 a 采高为3.2 m时b 采高为2.4 m时 掘进方向 掘进方向 F13.1 m 23煤层 23煤层 24煤层 改造道 （下转 142 页） 章洁 煤矿大倾角综采作业面过斜交断层技术 125 2020 年第 6 期2020 年 6 月 （上接 125 页） ［2］ 靳彦伟.大倾角综放工作面过构造带技术措施研究 ［J］ .山东 煤炭科技， 20196 80-81. ［3］ 宋志新， 颜小平.大倾角煤矸护层复合顶板下大采高综采工作 面过断层技术 ［J］ .内蒙古煤炭经济， 20186 122-123. ［4］ 匡中文， 花文雷， 崔斌.35毅大倾角工作面过落差 10 m 断层技 术研究与应用 ［J］ .山东煤炭科技， 201410 34-36. ［5］ 马立强， 余伊河， 金志远， 等.大倾角综放面预掘巷道群快速过 断层技术 ［J］ .采矿与安全工程学报， 2015， 321 84-89. ［6］ 张帅.大倾角条件下综采工作面过断层回采实践 ［J］ .华北科 技学院学报， 2012， 94 22-25. （ 责任编辑白洁 ） 锚索椎17.8 mm伊8 000 mm 排距3 000 mm 螺纹钢锚杆椎18 mm伊1 800 mm 五眼钢带 排距1 000 mm 长4 100 mm 钢带托板 螺纹钢锚杆椎18 mm伊1 800 mm 排距1 200 mm 1 800 900 250 菱形网 巷 中 4 500 900900900 a 顶板锚杆采用 MG400 型 椎18 mm伊1 800 mm 左 旋无纵肋螺纹钢锚杆，锚固段长度为 600 mm，间排距 为 900 mm伊1 200 mm，每排 5 根锚杆。此外，锚杆配 合 4 100 mm伊220 mm伊3 mm 五眼钢带支护顶板。顶锚 杆与顶板的夹角≥75毅，单根锚杆锚固力≥110 kN。 b 顶板锚索采用 椎17.8 mm伊8 000 mm 钢绞线，锚 固段长度为 1 200 mm，间排距为 1 800 mm伊3 000 mm， 以巷道中心线对称布置，每排 2 根锚索，锚索孔与顶 板夹角≥87毅，配合 350 mm伊350 mm伊10 mm 钢板支护 顶板。每根锚索用一卷超快速 CKA-2360 黄色树脂药和 一卷超快速 CKB-2360 红色树脂药凝固，锚固段长度为 1 200 mm。锚索孔与顶板夹角≥87毅，锚索预紧力不得 低于 210 kN/根，单根锚固力不得低于 320 kN，及时 张紧。松动不合格的锚索，必须重新补打。 c 护帮支护采用锚杆、菱形金属网和单眼钢带。 锚杆为 椎18 mm伊1 800 mm 左旋无纵肋螺纹钢锚杆， 菱形网规格为 3 500 mm伊2 000 mm，钢带为单眼钢 带，其规格为 450 mm伊220 mm伊3 mm。 改进后支护参数如图 2 所示。 单位mm 图 2改进后支护方案图 2.2巷道表面位移监测 在巷道中随机布置 3 个测点 S1、S2、S3，巷道变 形结果如图 3 和图 4 所示。 从图 3 中可以看出，巷道片帮主要发生在掘进前 期，后期随着工作面的掘进，片帮现象不严重。在掘 进前 100 m，测点 S1、S2、S3 片帮分别达到 90 mm、 51 mm、111 mm，到后期分别达到 108 mm、62 mm、 125 mm，可见片帮主要出现在掘进前期，且最终片帮量 不大，平均片帮量为 98 mm，远小于原始支护300 mm 的片帮深度。从图 4 中可以看出，顶板下沉量比片帮量 波动大，测点 S3 的顶板下沉量最大，达到21.9 mm，但 远小于原有的支护变形量 （61 mm ） 。整体而言，增大 支护强度后顶板和两帮的变形量大大减小，可见增大 支护强度的效果较好。 3结语 煤巷快速掘进对煤矿的高效生产具有重要的意义， 因此安全快速地实现煤巷掘进显得格外重要。提出了 煤矿巷道掘进速度提高的技术，其中，优化煤巷支护 工艺和参数具有重要的作用。依据具体案例对巷道支 护进行了优化，并对优化前后的结果进行了对比，表 明支护工艺和参数优化后，巷道顶板及两帮变形均大 大减小。本工程可为其他类似工程提供借鉴。 参考文献 ［1］ 金元甲， 高升.高瓦斯矿井厚煤层大断面巷道快速掘进技术 ［J］ . 煤炭工程， 2014， 469 49-51. ［2］ 郝超.复杂地质煤巷快速掘进技术研究 ［J］ .能源与环保， 2018， 4010 194-197. ［3］ 骈丽军.煤巷双巷快速掘进施工工艺 ［J］ .山西焦煤科技， 20163 25-27. ［4］ 陈国平.实现煤巷快速掘进的分析 ［J］ .山西焦煤科技， 2011增 刊 1 35-36. （ 责任编辑刘晓芳 ） 140 120 100 80 60 40 20 S1 S2 S3 50100150200250 距工作面距离/m 0 图 3测站片帮深度曲线图 图 4测站顶板下沉量曲线图 24 20 16 12 8 4 S1 S2 S3 50100150200250 距工作面距离/m 0 142