高档工作面过断层的探讨.doc

高档工作面过断层的探讨 生产技术处 赵联星 田陈煤矿 潘洪卫 姜化举 张作武 孙启生 摘 要 本文根据田陈煤矿高档工作面过断层的生产实践，对在不同的地质条件下，过不同构造断层进行探讨，对高档工作面过断层有着一定的参考价值。 关键词 高档工作面；过断层；探讨 在煤炭生产过程中，断层构造带是造成顶板岩层破碎易冒的重要因素。随着工作面的开采推进，煤层与围岩相对稳定的力学结构遭到破坏，断层落差越大，附近涨性构造裂隙越发达，岩性越松软，冒顶可能性也越大。因此，不但制约着工作面单产的提高，增加设备的磨损，而且还严重威胁着职工的人身安全。根据生产实践的总结，论述在不同地质条件下高档工作面过断层的方法。 1 工作面过斜交断层 在生产过程中所揭露的断层面与工作面的夹角多在10～80之间，经分析断层对工作面的影响程度和断层与工作面的夹角成反比，即夹角越小，断层面在工作面暴露的范围越长，对工作面的影响越大，越易发生顶板事故。对于此类断层通常采取以下措施。 1.1 合理调采 根据断层位置和走向提前对工作面进行调采，结合生产实际合理确定调采比例，以尽可能减少断层在工作面的暴露长度，从而减少工作面每次推进时受断层地段长度的影响。调采比例可按下式考虑 BLDK 式中B－调采比例； L－工作面长度； D－相邻两次拉茬的距离； K－顶板完整系数；顶板完整时取1，顶板变化越大，取值越小。 调采期间一是要严格工程质量，确保直线性；二是合理确定拉茬位置及压茬方式。一般情况下拉茬位置应选择在顶板完整无变化的地点，工作面前后两次相邻拉茬位置相距不得低于15m。压茬方式选择大茬压小茬，把拔茬随档处撇在采空区侧；即从工作面一侧端头处开始，工作面每推采一峒，将拉茬位置向上移动一次，直至工作面另一端头，拉线取直工作面刮板运输机后，重复进行第二个循环。 1.2 选择可靠的支护参数 1.2.1 确定合理的支护强度 （1）根据矿压观测资料统计分析，工作面平均支护强度 Pc270kN/m2 （2）根据经验公式计算支护强度 Pj4Hr4225200kN/m2 式中H为采高，取2m； r顶板岩石容重kN/m3，取25。 （3）设计工作面支护强度 P270（kN/m2），（取Pc与Pj二者中的最大值） 1.2.2 确定工作面支护密度 （1）计算工作面支护密度 n＝P/Pt＝270/250＝1.08（棵/m2） （2）计算柱距 a＝PtN（NbF）P＝2503（30.5）270＝0.79m 式中Pt－支柱额定工作阻力，取250kN/根； P－工作面平均支护强度，取270kN/m2； a－柱距m； N-支柱排数，取3； b-支柱排距，取1m； F－铰接顶梁端面距，取0.5m。 （3）实际选择支护密度 排距取1.0m，柱距取0.6～0.75m，实际支护密度n2＝Na（NbF）3/0.6～0.75（310.5）＝1.43～（1.15）根/m2。 实际选择支护密度大于计算支护密度，其柱距、排距选择是可靠的。 1.3 增加断层处的支护密度 在断层的上下盘应重点加强维护，通常我们在断层的上下盘沿切顶线增加一组丛柱（或切顶礅柱），在断层的倾斜面上增加一组戗棚加强支护，以防止斜面处顶板矸石离合冒落。 1.4 提高支柱的支护刚度 在确定合理的支护强度，坚持二次注液，保证工作面支柱的初撑力不低于90kN的同时，为增加支柱的支护刚度，当底板松软时必须穿铁鞋，铁鞋直径选择为 （1）柱鞋面积 S铁Py/Pz300/180000.0167m2 式中S铁－铁鞋面积； Py－允许单体支柱压力，取300kN/根； Pz－允许底板比压，实测为18MPa。 （2）柱鞋直径 d24S/π40.0167/3.140.0213（m2），计算柱鞋直径为d0.146m，即146mm；选择柱鞋直径为280mm，一般可满足现场使用要求。 1.5 合理确定是否挑顶或卧底 当工作面由断层的上盘向下盘推进时，距断层5～10m时，逐步降低采高到最小值，沿顶留底三角煤推采，待推过断层后，割断层下盘的底矸逮顶部三角煤，逐渐起坡直到进入正常煤层。当工作面断层的下盘向上盘推进时，下盘顶板的支承压力不能向前方煤壁传递而由采场支架支撑，压力较大，工作面提前10m左右剎底逮顶推采，揭露断层后适当破上盘顶板，并将采高降低到最小高度，一旦通过断层，迅速卧底增大工作面采高；必要时可采取人工卧底的方法，尽快跟上煤层底板进行正常推采。 1.6 加强矿压观测及来压预报 由于断层的切割，断层上下盘岩层由嵌固梁向简支梁形式转换，支承压力不能继续向前传递，顶板压力全部或部分作用在支架或部分煤壁上，导致支架上的作用力急剧加大，甚至失稳；受断层影响，断层的上升盘与断层面处极易形成一个“煤沟”区，该区域内煤层十分松软，一旦暴露极易冒落；断层面与断层下降盘之间也容易形成一个“板尖”区，围岩破坏极易冒落。对于这样的易冒地段，当工作面处于周期来压时，表现的尤为剧烈。通过加强矿压观测及来压预报，针对不同的顶板状况采取相应的顶板管理方式。 对于复合破碎顶板煤层上方是破碎顶板，其上为比较坚硬的砂质泥岩或砂岩，顶板暴露后，及时进行竹笆瞒顶，挂梁并采取单体支柱配合工字钢成对交替迈步使用进行超前维护顶板。采取这种方式在煤机过后即可前移工字钢棚使暴露后的顶板得到及时有效的控制，同时也避免了由于正常支护状态下支柱对工作面顶板的反复支撑造成对顶板的二次破坏，保持了顶板的完整性；必要时，煤机停止割煤进行维护，尽量减少空顶距，防止漏顶。 对于稳定顶板，顶板暴露后要及时进行挂梁支护，坚持支柱的二次注液，提高支柱的初撑力及支护强度，防止因大块矸石的跨落形成对工作面支架的冲击。 对于坚硬顶板，来压较为强烈，采空区内顶板垮落后，岩石块度较大，单靠基本支柱不能满足顶板管理要求，在加强工作面支护质量的同时，还要对切顶排进行特殊支护，增加密集、戗柱、墩柱，提高切顶排支柱的抗切顶性能；当顶板大面积悬而不冒时，要采取强制放顶措施，确保顶板能够沿切顶排跨落。 1.7 选择可靠的推移方式 传统推移装置其行程分别为0.6m和1.0m两种，其缸径100mm，活柱直径70mm，推溜力200kN,使用过程中发现 （1）推移速度慢； （2）推溜力小，移工作面运输机机头、尾时需辅助装置，即不安全也不可靠； （3）缸体中部生根，活柱易弯曲，缸体易折断。 全部更换为与切顶墩柱配合的推移装置后，上述问题基本解决。推移千斤顶缸径125mm，活柱直径80mm，推溜力270kN，行程1.0m，能实现快速移溜，减少空顶时间，有效支护顶板。 当断层落差大于1～1.5个煤厚而顶底板岩石较硬（如坚硬的砂岩或砾岩），挑顶或卧底的工作量较大，或者是断层破碎带较宽，维护困难时，应根据现场实际情况进行分析，是否采取跳切眼搬家的方式通过断层。 2 工作面过倾向断层 对于倾向断层，由于断层在工作面暴露的范围较长，位于断层处的工作面顶板内部拉应力降低，当工作面推采到断层附近时，都会出现工作面压力增大、顶板下沉速度增加、煤壁片帮严重、煤炮增多等矿压显现现象。特别当断层面在工作面揭露长度超过20m时，会出现大面积的压力显现，此时必须采取强有力的措施。在推采方式选择上，不论是正断层还是逆断层，由断层的上升盘向断层的下降盘推采较为有利，推采时顶板易于控制。当断层落差小于1～1.5个煤厚，断层附近顶板比较完整时采取以下措施。 2.1 增加断层处支护密度 工作面推采距断层10m左右时，适当增加断层处支护密度，特别是断层的上下盘应重点加强维护。当采高低于1.6m时，在断层的上下盘沿切顶线增加一排密集、一排戗柱、一组丛柱；当采高大于1.6m时，切顶排每三节溜子再增加一棵切顶墩柱。在断层的倾斜面上增加一组戗棚加强支护，以防止斜面处顶板矸石离合冒落。 2.2 合理确定放顶步距，一次性回撤断层支柱 当断层与工作面基本平行时，在其暴露出煤壁阶段，不能进行正常的回柱工作，在断层范围内应扩大控顶距，到断层进入采空区后再进行回柱如见五回二等；回柱时必须先回撤断层的支柱，以防止压力集中而危及回撤时的安全。 2.3 断层处顶板遇软岩应超前维护顶板 若断层处顶板岩石较软，断层面揭露后，断层处顶板容易随工作面落煤而冒落，仍须采取单体支柱配合工字钢成对交替迈步使用进行超前维护顶板，或提前掏梁窝超前架棚支护，同时采取双层竹笆瞒顶，增强断层处顶板的完整及稳定性。 3 工作面过走向断层 对于工作面在回采过程中所遇到的走向断层，若其在工作面揭露的范围较小，可强行通过。如果落差较大，顶底板较硬，平推硬过困难较大时，应根据现场情况采取补充运输巷或轨道巷等措施。 4 结论 高档工作面过断层是一项十分复杂的工程，实践证明采取上述方法是切实可行的，且取得了良好的社会效益及经济效益。在今后的生产实践中，还须继续探索，根据现场实际情况制定更加可行的方案，确保矿井的安全生产。