超前抽巷法在综采工作面过断层中应用.pdf

542020 年第 5 期 超前抽巷法在综采工作面过断层中应用 孙 江 （晋能集团晋城有限公司四明山煤业有限公司，山西 高平 048400） 摘 要 针对 9102 工作面传统方法过 F2 断层时回采效率低、机械破岩量大、过断层周期长等技术难题，提出了采用超 前抽巷法，提前将断层带的岩石去除掉，将过断层施工转化为过空巷施工，保证了过断层施工安全，提高了回采效率，取 得了显著应用成效。 关键词 综采 断层 抽巷法 回采 中图分类号 TD823.97 文献标识码 B doi10.3969/j.issn.1005-2801.2020.05.020 The Application of Advance Extraction in Fully Mechanized Face Passing Through Fault Sun Jiang （Simingshan Coal Industry Co., Ltd., Jinneng Group Jincheng Co., Ltd., Shanxi Gaoping 048400） Abstract In view of the technical problems such as low mining efficiency, large amount of mechanical rock breaking and long period of passing through fault when the traditional of 9102 working face passes through F2 fault, this paper puts forward the of advance extraction, which can remove the rock in the fault zone in advance, trans the construction of passing through fault into the construction of passing through empty lane, ensure the safety of the construction of passing through fault, improve the mining efficiency and achieve remarkable application results. Key words fully mechanized mining fault extraction mining 收稿日期 2019-12-06 作者简介 孙江（1986-），男，毕业于东北大学采矿工程专业， 本科，助理工程师，现就职于晋能集团晋城有限公司四明山煤业 有限公司，从事煤矿安全生产管理工作。 1 概述 晋能集团晋城有限公司四明山煤业有限公司 9 煤层平均厚度为 1.59m，平均倾角为 5，硬度系 数为 2，煤层结构简单，相对稳定。9102 工作面位 于井田一采区，工作面设计走向长度为 1153m，倾 向长度为 205m。工作面采用一面两巷的“U”型布 置方式，运输、回风顺槽宽度为 4.8m，高度为 2.5m， 巷道沿 9煤层顶板平行掘进。9102 工作面采用走 向长壁后退式综采采煤法，全部垮落法管理顶板， 工作面沿煤层顶板回采，平均采高 1.8m，循环进尺 0.8m。 9102 工作面地质条件相对简单，工作面在回采 期间共计揭露三条断层。其中位于 120m、170m、 269m处分别揭露一条逆断层， 平均落差不足0.7m， 平均倾角为 42，工作面强行通过。在 570m 处揭 露一条 F2 正断层，断层落差为 1.6m，断层倾角为 54，断层斜交工作面煤层从回风顺槽 570m 处揭 露，并从运输顺槽 611m 处贯穿，如图 1 所示。由 于 F2 断层落差大，且延伸整个回采煤层，采用强 行破岩的方法过断层时，不仅回采速度慢，机械设 备损坏严重，而且过断层时很容易发生重大煤矿安 全事故。 图 1 9102 综采工作面平面布置示意图 2 过 F2 断层回采方案探讨 为了保证 9102 工作面安全快速过 F2 断层，四 明山煤矿提出了两种过断层回采方案。 方案一俯斜法回采 552020 年第 5 期 俯斜法回采即在工作面揭露断层前，先对工作 面进行旋转回采，保证工作面与断层面平行，然后 按照设计坡度留顶破底下山割煤，当工作面揭露上 盘断层煤顶后再进行平行回采。 （1）优点过断层破岩量小，过断层回采速 度快，整个工作面过断层仅需 15d；俯斜回采时可 使工作面由下盘至上盘平滑过渡，提高了工作面过 断层施工安全度。 （2）缺点由于 9102 工作面煤层相对松软， 煤层具有自燃倾向性，在俯斜回采时需预留顶煤， 煤层预留难度大；在俯斜回采期间需对顶板进行加 强支护，增加了顶板支护成本费用；同时俯斜回采 时煤柱损失量大，造成采空区遗煤量大，在后期回 采中很容易发生采空区煤层自燃现象，治理困难。 方案二超前抽巷法回采 超前抽巷法即在工作面揭露断层前，沿断层面 预掘一条贯穿工作面巷道，提前抽出断层处岩石， 工作面回采至超前抽巷处快速进行对接，从而使工 作面过断层转换为过空巷。 （1）该方法优点工作面直接回采即可，煤 柱损失量小，相比俯斜法预计可提高煤柱回收量； 无需对顶板进行加强支护，降低支护成本费用；工 作面回采时安全性高。 （2）该方法缺点需预掘一条长度为 220m 巷 道，巷道掘进周期长，掘进费用高，工作面在揭露 空巷后需对巷道底板进行过渡斜坡处理。 综上所述，考虑工作面过断层安全性及成本费 用，采用方案二过 F2 断层。 3 超前抽巷法 3.1 抽巷断面确定 超前抽巷主要是对断层处岩体进行预先掘进去 除。由于 F2 断层落差为 1.7m，为了便于工作面揭 露空巷后能够平滑过渡，决定将抽巷断面设计成直 角梯形断面，如图 2 所示。巷道宽度为 4.5m，位于 断层上盘处的巷道下帮高度为 1.8m，位于断层下盘 处的巷道上帮高度为 3.4m。 图 2 9102 工作面预抽巷断面示意图 3.2 巷道掘进施工 （1）为了便于巷道掘进时煤矸运输，抽巷从 9102运输顺槽611m处以与煤层11夹角开口施工， 巷道采用爆破施工工艺。 （2）巷道在开口前 5.0m 采用松动爆破施工工 艺， 炮眼深度为1.2m， 单茬掘进深度为1.0。 掘进5.0m 后采用全断面光面爆破施工工艺， 掏槽深度为1.6m， 辅助、周边孔深度为 1.4m，单茬掘进深度为 1.4m。 （3）巷道掘进前 30m，在运输顺槽胶带输送 机上安装一部 P-60B 型耙岩机进行出煤矸石。当掘 进深度大于 30m 时在巷道内安装一部 SSJ-800 带式 输送机搭接运输顺槽胶带输送机联合出煤矸石。巷 道掘进期间采用局部通风机通风方式，风机功率为 30kW，风机通风量为 349m3/min。风机安装在运输 顺槽新鲜风流中，距巷道开口距离不小于 20m。 （4）由于巷道掘进后顶板岩体为砂岩，岩体 稳定性好，决定对顶板采用 W 型钢带、螺纹钢锚 杆以及单锚索联合支护。所有锚杆、锚索垂直顶板 布置。锚杆间距为 1.2m，每排 4 根，排距为 1.0m。 锚索每排两根，间距为 2.0m，排距为 3.0m。上下 两帮采用玻璃钢单锚杆进行支护，下帮布置两排， 上帮布置三排，锚杆排距为 1.1m，间距为 1.0m。 3.3 工作面回采施工 （1）在揭露 F2 断层前 10m 处，及时对工作面 进行旋转回采，旋转时以输送机机头为旋转点，旋 转角度为11， 旋转后保证伪斜工作面与抽巷平行。 （2）工作面在伪斜回采过程中，使采煤机截 割深度控制在 0.5m 以下，割煤后及时进行移架对 顶板进行控制。在揭露抽巷前若煤壁出现严重片帮 时，可采取注浆技术进行加固。 （3）为了便于工作面与抽巷贯通后保证能够 顺利与抽巷进行对接，当工作面回采至距抽巷 5.0m 时，工作面停止回采，在抽巷上帮距底板 1.6m 处 进行掏槽，掏槽深度为 0.5m。掏槽后在抽巷底板与 掏槽之间密集搭接工字钢梁，人工形成过渡斜坡。 （4）过渡斜坡形成后工作面继续回采，在揭 露抽巷后使支架与巷道顶板接触严实进行前移。由 于工作面在过抽巷期间俯斜坡度较大，过巷期间必 须对液压支架采取防倒措施。 （5）工作面设备进入抽巷后继续对上盘煤层 进行回采，当上盘煤层回采 5.0m 后再次对工作面 进行旋转伪斜调整，调整后保证工作面与顺槽垂直 布置。 （下转第 58 页） 582020 年第 5 期 4 结论 （1）四明山煤矿对 9102 工作面过 F2 断层时 采用抽巷法去除断层带岩石，避免了工作面重开切 巷等施工，解决了传统强行过断层时破岩量大、机 械设备损坏严重等技术难题。 （2）通过在断层处施工超前抽巷，抽出断层 处岩体，使工作面揭露断层转换为揭露空巷，提高 了工作面过断层回采速度，保证了过断层施工安全。 （3）超前抽巷法在应用中对工作面地质条件、 回采条件要求低，可应用于各种普通采高、大采高 等综采工作面中，实用性强，具有较高的推广价值。 （4）9102 工作面过 F2 断层时，与传统强行过 （上接第 55 页） 充填材料合理强度为 8MPa，水灰比为 2.25。 图 4 充填材料强度和巷道围岩形变关系图 4 效果评价 在 11102 综采工作面采用充填法过空巷的过程 中，工作面液压支架压力的监测结果如图 5 所示。 图 5 支架压力监测图 观察图 5 可知，在 11102 综采工作面距空巷较 远时，支架压力平均值为 20.2MPa，在工作面过空 巷时，支架压力峰值为 21.1MPa，增幅为 4.45， 支架压力增幅较小。同时，充填体将空巷完全填充， 空巷围岩未发生明显变形，围岩控制效果非常好， 确保了工作面以正常生产速度过空巷。 5 结论 （1）通过数值模拟研究可知，充填材料强度 越高，巷道围岩承载能力越强，顶板和两帮位移量 越小，围岩控制效果越好。综合考虑围岩控制效果 和生产成本控制，充填材料合理强度为 8 MPa，水 灰比为 2.25。 （2）通过 11102 综采工作面充填法过空巷的实 际应用表明，工作面支架压力峰值为 21.1MPa，增 幅为 4.45，支架压力增幅较小，矿压显现正常， 空巷围岩控制效果良好，提升了过空巷的效率。 【参考文献】 ［1］ 赵舜禹 . 充填液压支架撤出技术的实践 [J]. 山东 煤炭科技，2019（09）133-135. ［2］ 白志强 . 复合顶板条件下沿空留巷围岩控制技术 研究与应用[J].山东煤炭科技， 2019 （08） 1-36. ［3］ 李晓彤 . 高固水充填材料承载特性及损伤机理研 究 [D]. 中国矿业大学，2019. ［4］ 王萌 . 放顶煤工作面过空巷高水材料充填技术研 究 [J]. 煤炭工程，2019，51（03）60-64. ［5］ 张超 . 高水材料充填技术在过超高空巷的应用 [J]. 山东煤炭科技，2019（01）57-5964. ［6］ 付鑫 . 榆树坡矿综采面过空巷围岩控制研究 [D]. 中国矿业大学，2019. ［7］ 徐文平 .8939 工作面过空巷安全回采技术研究 [J]. 山东煤炭科技，2019（02）22-23. 断层回采方法相比，超前抽巷法增加煤柱回采量 1.4 万 t，提高经济效益达 700 余万元，同时减少了采 空区遗煤量，防止了采空区煤层自燃事故。 【参考书目】 ［1］ 郭泽峰 . 综采工作面过断层施工方案研究应用 [J]. 能源与节能，2019（11）179-180. ［2］ 祁虎根 . 综采工作面过断层安全管理技术措施应 用 [J]. 山东煤炭科技，2019（10）6-710. ［3］ 张攀 . 综采工作面过断层采煤与顶板管理探析 [J]. 石化技术，2019（09）286299. ［4］ 王振宁 . 综采工作面超前掘巷过断层构造带技术 分析 [J]. 现代矿业，2019（08）255-256. ［5］ 刘秀锋 .W1305 综采工作面过断层技术及应用 [J]. 江西煤炭科技，2019（03）180-182.