挖金湾矿小煤柱工作面过5m大断层开采技术研究_张晓东.pdf

煤矿现代化2020 年第 6 期总第 159 期 1工程概况 挖金湾矿山 4 煤层一盘区 8105 小煤柱工作面 东部为 8103 工作面采空区，该工作面走向长度为 1527m， 倾斜长度为 226.8m， 煤层厚度 1.473.90m,平 均 3.24m， 煤层倾角为 3， 属近水平煤层， 煤层顶底 板岩性如表 1 所示。工作面采用综合机械化开采方 法， MG800/2000- WD 型采煤机割煤， ZZ13000/25/50 型、 ZZ13000/25/50H 型过渡架， 工作面头部 3 架尾部 4 架、 ZTZ1000/23/42 型 （端头支架， 工作面头部 1 架 ） 支撑掩护式液压支架支护， 全部垮落法管理顶板。工 作面头部从 1321m开始揭露 5m大断层、 1330m处出 表 1顶底板岩性 断， 尾部从 1379m开始揭露、 1390m处出断， 5m大断 层特性如图 1。 图 1断层特性图 28105 小煤柱工作面过 5m 断层技术工艺 2.1回采巷道顶板管理 1 ）2105 巷联合支护技术[1]的应用 密切观察顺槽 断层范围内及前后 20m 顶板压力变化情况，禁止回 收巷道原有支护材料。过断前在里程 1316m1340m 断层揭露处的顶板破碎区域采用施工悬吊钢梁、 打井 挖金湾矿小煤柱工作面过 5m 大断层开采技术研究 张 晓 东 （大同煤矿集团有限责任公司挖金湾煤业有限公司 ， 山西 大同037042 ） 摘要 在煤矿井下回采作业中， 断层是一种十分常见的地质构造类型。受大断层影响， 提前停采严 重造成资源损失， 为了提高资源回收率， 过大断层就尤为重要。本文基于挖金湾矿山 4 煤层一盘区 8105 小煤柱工作面过 5m 大断层的实际难题， 通过采用联合支护技术、 加强回采巷道顶板管理、 调整 割煤工艺、 预裂孔松动技术等综合技术破除该矿过 5m 大断层瓶颈难题， 实现了小煤柱工作面安全高 效过断层， 为其他矿井类似工程提供了借鉴经验。 关键词 小煤柱工作面 ； 大断层 ； 联合支护技术 ； 割煤工艺 ； 预裂孔松动技术 中图分类号 TD823文献标识码 A文章编号 1009-0797 （2020 ） 06-0001-03 Study on the mining technology of the small pillar working face of Wajinwan mine with a length of 5m over fault ZHANG Xiaodong （Datong coal mining group co., LTD. Wajinwan coal industry co., LTD. ，Datong 037042 ，China ） Abstract fault is a very common type of geological structure in underground mining. Due to the influence of large faults, the early stop- ing of mining seriously causes the loss of resources. This article is based on digging in jinwan mine 4 coal seam in a panel of 8105 small coal pillar mining face in 5 m large fault of the practical problems, through the adoption of combined support technology, strengthen the management of mining roadway roof, adjust cut loose coal technology, advance in technology and integrated technology to break the mine 5 m big fault bottleneck problems, to achieve safety and efficiency of the small coal pillar face through fault, provides the reference for other mines the similar projects. Key words small coal pillar working face ; Large fault; Combined support technology; Coal cutting technology; Pre-hole loosening tech- nique 名称岩性厚度 / （m ）岩性描述 老顶砂岩22.2236.21 白色细砂岩、中粒砂岩， 上 部多为砂质泥岩 直接顶泥岩1.423.30 深灰色泥岩， 局部含少量砂 质成分 直接底泥岩、 高岭质岩3.166.67 深灰色泥岩， 局部为深灰色 高岭岩 1 ChaoXing 煤矿现代化2020 年第 6 期总第 159 期 字型木垛、 充填罗克休、 喷浆等联合支护技术构建人 工顶板[2-3]， 联合支护参数及布置示意图如图 2。 图 2联合支护参数及布置示意图 施工工艺 打设工作平台 （脚手架和 φ50mm 6m 钢管架打设长宽高为 6m5m3m 的平台） →打锚索→安装钢梁（工字钢垂直巷道走向布置， 用 707010mm 钢垫片固定工字钢 ） →拉杆稳固钢梁 （拉杆规格为 φ181200mm 双头螺纹杆） →铺钢筋 网 （钢筋网搭接间距≥200mm， 并用 14 铅丝与钢梁 绑扎 ） →铺设井字型木垛→喷浆。 技术要求 采用联合支护技术后巷道断面不得小 于原设计断面 （5300mm3500mm ） ， 且要保证巷道平 缓不得有阻碍风流的地方， 同时钢绞线锁具外外露长 度为 250mm。 2 ）5105 巷顶板管理密切观察顺槽断层范围内 及前后 20m顶板压力变化情况，若巷道顶板出现缝 隙等压力显现情况时，在距离煤柱侧巷帮 2.0m处增 加一排支护。 同时在 1370m1410m处补打锚索组， 锚 索组三花布置，组合锚索规格为 φ17.88000mm （7000mm、 6000mm ） 各一根，排距 2000mm，间距 3200mm， 组合锚索布置示意图如图 3。 图 3组合锚索布置示意图 3 ）调节机道宽度[4] 过断期间， 4556 支架处 受断层影响， 顶板破碎程度较高， 为较好地维护顶 板确保安全生产， 将 4556 支架外侧机道宽度缩 减至 2.0m， 追机带压移架， 从而缩短空顶时间和空 顶面积， 并且现场配备网径为 50mm50mm 的菱形 金属网 （各金属网搭接长度为 200mm ） ， 确保安全过 断。 2.2割煤工艺的调整和预裂孔技术的应用 1 ）工作面伪斜调整[5] 为了缩短断层在工作面推 进时的暴露长度， 减小煤机割矸量， 并结合工作面设 备技术性能及工作面实际情况， 在工作面头部遇断开 始按头尾 31 进行推进， 当头尾错差 15m时工作面正 常推进， 使断层面与工作面的交角约为 19， 断层在 工作面揭露 618 个支架，效果较明显。过断后按头 尾 15 调整工作面， 直至头尾平齐。 2 ）仰斜过断[6]强行割矸 结合顶底板岩性、 断层 特性和巷道实际情况， 1330m1390m 巷道需爬坡， 为 保证工程质量及时安全顺利通过断层， 结合刮板输送 机垂直方向上弯曲度的允许范围 （3） ， 要求工作 面从头向尾与两顺槽平缓过度。 具体为工作面头部先 挑顶扶底， 中部尾部平缓过渡， 当断层揭露在靠近尾 部 40 个支架时， 尾部挑顶扶底直至出断。 整体为工作 面每刀挑顶 60100mm、 抬底 100mm， 抬两刀平割一 刀， 然后再抬两刀平割一刀， 经 25 个循环 （75 刀） 工 作面推进至 1390m共抬底 5m， 爬坡约为 5， 仰斜过 断期间始终保证工作面采高在 3.43.5m 范围内， 以 此达到最佳工程质量， 仰斜过断层示意图如图 4。 图 48105 工作面仰斜过断层示意图 3 ）割煤方式的调整工作面内断层揭露的上盘 岩层为白色细粒砂岩， 下盘岩层为砂质泥岩 （深灰色 泥 岩） ， 上 盘 白 色 细 粒 砂 岩 只 在 工 作 面 尾 部 108132 架范围内厚度达到 1.4m2.6m， 下盘白色 细粒砂岩只在 7998 支架范围内存在厚度达 0.8m1.6m。 除此之外， 工作面揭露白色细粒砂岩均在 00.6m。下盘较松软 （f4 ） ， 可直接截割， 为了降低岩 石粒度， 提高开机率， 双向割煤调整为单向割煤、 减小 截割深度、 随机带压移架[7]， 及上行挑顶， 下行割底 （清 浮煤 ） ， 采煤机日均更换截齿率 10.7， 较放炮松动岩 石节约成本效果显著， 同时有利于保证工作面工程质 量和设备性能。 4 ）预裂孔松动技术的应用工作面推进至白色 细粒砂岩暴露厚度达 1.4m以上时，运用预裂孔技术 破碎岩层。预裂孔松动技术属该矿首次采用， 综合考 虑割煤工艺、岩层岩性等制定两套预裂孔技术参数， 在白色细粒砂岩处预裂孔孔深为 2.4m，泥质砂岩处 2 ChaoXing 煤矿现代化2020 年第 6 期总第 159 期 孔深为 1.6m， 孔径均为 φ42， 预裂孔布置示意图如图 5。 图 5预裂孔布置示意图 方案一 白色细粒砂岩揭露厚度在 0.60.8m 时， 布置一排孔间距为 0.5m的单排预裂孔；揭露厚度在 0.81.4m 时， 预裂孔采用三花布置， 孔间距 0.5m； 揭 露厚度在 1.42.6m时， 预裂孔采用五花布置， 顶底孔 间距为 1m,竖直方向上顶角孔上倾角约 20， 底角孔 下倾约 10， 中间孔垂直钻进。 泥岩处和裂纹处均布 置间距为 0.8m单排预裂孔。 方案二 白色细粒砂岩揭露厚度在 0.60.8m 时， 将孔间距缩小为 0.3m布置单排预裂孔；揭露厚度在 0.81.4m 时，孔间距缩小为 0.35m；揭露厚度在 1.42.6m时， 顶底孔间距缩小为 0.7m， 在岩石整体性 良好的地方将顶底孔间距缩小为 0.6m，并适当的增 加底孔与薄弱面间距 100mm，减小顶孔与顶板间距 15mm。 通过在现场应用预裂孔技术， 观察得到方案二较 方案一大块率降低 74.3， 日均采煤机更换截齿率降 低 42，方案二较传统松动爆破打孔率平均增加 73.2， 人工成本同比增加， 但爆破材料使用量降为 0， 考虑对设备性能影响、 人员安全等因素综合比较预 裂孔有显著优势。 3工作面回采巷道矿压规律显现 断层影响范围内的回采巷道在工作面超前支撑 压力的作用下将发生较大变形通过对回采巷道围岩 的观察， 来判断工作面过断层开采的安全性， 由观察 结果可知， 8105 工作面支撑压力影响范围约为 033.8m， 显著影响区域为 8.8m20.8m。过断期间， 随 着工作面的推进 2105 巷顶底板最大移近量约为 383568mm， 两帮最大移近量约为 108.3mm； 5105 巷 底板鼓起量约为 823mm（顶板已采用联合支护技 术 ） ， 两帮最大移近量为 285mm。 由此可见， 5m断层对 工作面回采影响较大，在断层附近采取的安全措施起 到了很好的效果， 同时还需延长 2105 巷断层影响区域 巷道顶板支护， 加强 5105 巷顶底板和两帮的管理。 4经济效益分析 1 ）8105 小煤柱工作面过 5m 断层采取的联合支 护技术、 割煤工艺的调整和预裂孔松动技术均起到了 很好的效果，过断期间也发现了一定的不足之处， 为 此后我矿及周边延伸矿提供了一定的技术支撑和优 化方向。 2 ）过断后， 该矿可多回采 177m， 过断期间洗耗 按 50计算， 正常推进按 40计算， 可多回采精煤约 11 万吨， 除去材料损耗、 人工成本经济效益增加约 3 千多万元。 5结语 此套过断层技术工艺融合了联合支护技术、 工作 面伪斜调整、 割煤方式调整、 预裂孔松动技术安全通 过了断层， 降低了过断成本的投入， 更大限度地提高 了煤炭资源回收率， 创造了显著的经济效益， 同时也 为搬家倒面节省了时间， 确保了回采接续， 同时总结 了丰富小煤柱工作面过断经验， 为类似工程提供了有 力的技术支持和可以借鉴的实际案例。 参考文献 [1] 赵立东.联合支护技术在过断层中应用[J].能源技术与管 理 2018,43，（6） 78- 79. [2] 于明.综采工作面过断层破碎带施工工艺研究[J].山东煤 炭科技 2018, （3） 37- 38. [3] 李通. 综采过断层实践分析 [J]. 能源与节能 20191 151- 152. [4] 许萧楠.综采工作面过大断层探究[J].能源与节能 2020 （1） 98- 99. [5] 闫增浩.北辛窑矿 8103 综放工作面过断层安全开采技术 [J].煤 2019 （9） 27- 29. [6] 姬明琪.作业面过断层安全开采[J].能源与节能 2020 （2） 80- 81. 作者简介 张晓东 （1991-） ， 男， 2015 年毕业于内蒙古科技大学矿 业与煤炭学院采矿工程专业， 本科。现就职于大同煤矿集团 公司挖金湾煤业公司， 从事煤矿生产技术管理工作。 （收稿日期 2020- 4- 13） 3 ChaoXing