綜采工作面過斷層施工工藝探究

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1概述

大同煤礦集團(tuán)雁崖煤業(yè)有限公司8302工作面位于井田三盤區(qū)，工作面走向長度為1200m，傾向長度為220m，回采煤層為二疊紀(jì)下統(tǒng)山西組4#煤層，平均厚度為3.5m。煤層無偽頂，直接頂主要以粉砂巖為主，平均厚度為3.2m，基本頂主要以粗砂巖為主，平均厚度為9.2m。8302工作面采用綜合機(jī)械化回采工藝，截至目前已回采470m。地測科提供資料顯示，8302工作面回采至462m處位于回風(fēng)順槽13#導(dǎo)線點(diǎn)處揭露一條F3逆斷層，落差為1.7m，傾角為47°，斷層與工作面夾角為18°。F3斷層從回風(fēng)順槽向工作面內(nèi)延伸，影響傾向長度為57m，走向長度為64m，斷層巖體主要以粉砂巖及泥巖混合巖體為主，巖體普氏系數(shù)f=4.5，硬度大，且?guī)r體粘結(jié)強(qiáng)度高，破碎難度大。

2以往工作面過斷層回采工藝及問題分析

2.1以往回采工藝

以往綜采工作面在揭露斷層后，多采用松動(dòng)爆破與采煤機(jī)割煤聯(lián)合過斷層施工工藝，具體回采方法如下：（1）工作面完全揭露斷層后在斷層上盤巖體布置松動(dòng)爆破孔，孔深為1.0m，直徑為42mm，炮孔垂直工作面煤壁布置。共計(jì)布置兩排炮孔，炮孔間距為1.0m，第一排炮孔距頂板間距為0.3m，鉆孔間距為2.0m。（2）爆破鉆孔施工完后，依次向鉆孔內(nèi)填裝礦用乳化炸藥及毫秒延期電雷管，每個(gè)炮孔裝藥量為300g，炮孔采用水泡泥封孔處理，封孔長度不得低于0.5m，煤層允許爆破炮孔數(shù)量為3個(gè)。（3）斷層上盤巖體松動(dòng)爆破完成后，采用采煤機(jī)進(jìn)行割底煤機(jī)破頂巖，單刀割煤深度為0.5m，當(dāng)工作面割兩刀循環(huán)完成后繼續(xù)在斷層巖體施工炮孔并進(jìn)行松動(dòng)爆破施工，依次類推直至工作面完全過斷層帶。

2.2問題分析

（1）回采效率低。根據(jù)現(xiàn)場觀察發(fā)現(xiàn)，每次爆破需施工40~50個(gè)炮孔，鉆孔施工時(shí)間達(dá)3h，爆破時(shí)間為0.8h，按三八工作制每天工作面僅可進(jìn)行三次爆破施工，工作面回采進(jìn)度最多3.0m/d，回采速度慢，效率低。（2）破巖量大，機(jī)械設(shè)備損壞率高。由于F3斷層巖體主要以粉砂巖及泥巖混合巖體為主，巖體硬度大，雖然采用松動(dòng)爆破對巖體進(jìn)行預(yù)裂，采煤機(jī)破巖量仍然較大，巖體對采煤機(jī)滾筒損壞嚴(yán)重。8302工作面前期采用該方法過斷層時(shí)，共計(jì)更換滾筒截齒72個(gè)，損壞滾筒一個(gè)，設(shè)備成本費(fèi)用達(dá)87萬元。（3）減少了煤柱回采量。由于F3斷層對工作面走向影響長度為64m，采用爆破與采煤機(jī)強(qiáng)行過斷層回采工藝時(shí)預(yù)留底煤量達(dá)1.2萬t，減少了工作面煤柱回采量，減少煤礦經(jīng)濟(jì)效益達(dá)300余萬元。同時(shí)4#煤層屬于高瓦斯且易自燃煤層，強(qiáng)行過斷層時(shí)加大了采空區(qū)遺煤量，工作面回采期間很容易造成采空區(qū)瓦斯超限、煤層自燃現(xiàn)象，威脅工作面安全回采。

3旋轉(zhuǎn)仰斜法過斷層回采工藝研究

3.1旋轉(zhuǎn)回采調(diào)面法

為了提高8302工作面過斷層期間煤柱回采量，減少破巖量，通過技術(shù)研究決定，當(dāng)工作面尾端距斷層5.0m處時(shí)采用旋轉(zhuǎn)回采法對工作面進(jìn)行調(diào)面，使回采面與斷層面平行。（1）8302工作面安裝型號為GXW59刮板輸送機(jī)，該輸送機(jī)最大允許彎曲角度為1.5°，采煤機(jī)割煤深度為0.8m，所以每隔一刀煤刮板輸送機(jī)允許移動(dòng)直線距離0.830.7msin1.5L==°。工作面液壓支架寬度為1.75m，在允許移溜子范圍內(nèi)安裝支架數(shù)N=30.7/1.75=18，8302工作面共計(jì)安裝132個(gè)支架，所以旋轉(zhuǎn)回采等分?jǐn)?shù)m=132/18=7。（2）以工作面尾端132#支架為第一個(gè)旋轉(zhuǎn)點(diǎn)，第二旋轉(zhuǎn)點(diǎn)為114#支架，第三旋轉(zhuǎn)點(diǎn)為96#支架，第四旋轉(zhuǎn)點(diǎn)為78#支架，第五旋轉(zhuǎn)點(diǎn)為60#支架，第六旋轉(zhuǎn)點(diǎn)為42#支架，第七旋轉(zhuǎn)點(diǎn)為24#支架，第八旋轉(zhuǎn)點(diǎn)為4#支架。（3）旋轉(zhuǎn)回采前首先將煤壁調(diào)直，將采煤機(jī)移至114#支架處并向尾部斜切進(jìn)刀，深度為0.8m，工作面下行回采至尾部后空刀返回至96#支架處，然后依次前移114#～132#支架之間刮板輸送機(jī)并進(jìn)行移架。（4）從96#支架繼續(xù)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96#~132#支架之間刮板輸送機(jī)，依次類推直至采煤機(jī)空刀返回至4#支架。在此期間共計(jì)短刀割煤6刀，長刀割煤1刀，一個(gè)循環(huán)工作面旋轉(zhuǎn)回采進(jìn)度為5.6m。（5）由于F3斷層與工作面夾角為18°，當(dāng)工作面尾端揭露斷層后需繼續(xù)回采17.6m方可完全揭露斷層，所以工作面旋轉(zhuǎn)回采3刀后即可將工作面調(diào)斜，且與斷層面平行。

3.2俯斜法回采工藝

當(dāng)工作面旋轉(zhuǎn)回采后且工作面完全揭露F3斷層后，為了提高斷層上盤煤柱回采量及提高俯斜回采時(shí)減少斷層巖體破巖量，減少采空區(qū)遺煤量，決定留頂煤破底巖進(jìn)行俯斜回采過F3斷層。（1）工作面從頭部向尾部下行割煤至距F3斷層14m處時(shí)，調(diào)整采煤機(jī)切割角度，使采煤機(jī)以7°俯角下山回采，如圖2所示。（2）當(dāng)采煤機(jī)下山回采至斷層處時(shí)揭露斷層上盤煤層頂板，此時(shí)及時(shí)調(diào)整采煤機(jī)回采角度進(jìn)行進(jìn)水平煤層回采，依次類推直至工作面完全過斷層帶。（3）工作面在俯斜回采時(shí)，嚴(yán)格控制采煤機(jī)截割深度在0.5m范圍內(nèi)，割煤完成后及時(shí)進(jìn)行帶壓擦頂移架。（4）由于下山回采時(shí)需預(yù)留斷層下盤頂煤，頂煤厚度為0~1.7m，受煤層結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定性影響，頂煤預(yù)留難度大，很容易造成頂板垮落事故。針對這種情況，決定采用注漿、撞楔超前支護(hù)進(jìn)行頂煤維護(hù)：①下山回采期間在頂煤位置施工一排注漿鉆孔，鉆孔深度為3.0m，鉆孔俯角為7°，間距為2.0m，鉆孔施工完后采用高壓注漿泵向鉆孔內(nèi)注射聚氨酯粘合劑，注漿壓力為1.2MPa；②注漿完成后，在下山回采設(shè)計(jì)頂板位置施工一排撞楔超前支護(hù)，支護(hù)體主要為長度3.0m、直徑30mm的鋼針，鋼針間距為0.5m，超前支護(hù)排距為2.0m，相鄰兩排超前支護(hù)疊加交錯(cuò)布置。

4結(jié)束語

（1）采用旋轉(zhuǎn)回采法使工作面與斷面平行，減少了揭露斷層期間破巖量，降低了機(jī)械設(shè)備故障率。8302工作面在后期過斷層期間共計(jì)更換采煤機(jī)截割齒25個(gè)，未發(fā)生滾筒損壞事故，與傳統(tǒng)回采工藝相比可節(jié)約設(shè)備維修費(fèi)用達(dá)57萬元。（2）采用預(yù)留頂煤破底巖俯斜回采工藝，減少了斷層下盤巖體破巖量4728m3，增加煤柱回采量9.2t，減少了采空區(qū)遺煤量，避免了采空區(qū)煤層自燃、瓦斯涌出超限的事故。與傳統(tǒng)強(qiáng)行過斷層回采工藝相比，該方法過斷層時(shí)可使回采效率提高至6.5m/d，提前9d過斷層。（3）工作面俯斜回采時(shí)對頂煤采取注漿后，提高了破碎頂煤膠結(jié)穩(wěn)定性，使煤體單軸抗壓強(qiáng)度由原來的17.8MPa提高至56MPa，防止頂板垮落事故發(fā)生。同時(shí)采用撞楔超前支護(hù)可對頂煤進(jìn)行超前維護(hù)，保證工作面液壓支架初撐力及工作阻力，提高了支架支護(hù)效果。

【參考書目】

［1］和正華.綜采工作面過斷層技術(shù)實(shí)踐[J]．山東煤炭科技，2019（02）：28-30.

［2］唐英政.淺析大隆礦東二1501綜采工作面過斷層方法[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì),2019（01）：153-154.

［3］崔浩.33_上05綜采工作面過斷層優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].煤礦現(xiàn)代化,2019（01）：38-39.

［4］張鑫.靈北煤礦51001綜采工作面過斷層技術(shù)分析[J].煤炭科技,2018（03）：104-105.

作者：張嘉安 單位：大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司