综放工作面过断层构造带开采技术探讨.pdf

收稿日期２０２０􀆽 ０３􀆽 １２ 作者简介侯长青１９８８ － ꎬ男ꎬ河南林州人ꎬ助理工程师ꎬ从事煤矿生产技术工作ꎮ ｄｏｉ１０. ３９６９/ ｊ. ｉｓｓｎ. １００５ －２７９８. ２０２０. ０８. ０３６ 综放工作面过断层构造带开采技术探讨 侯长青 潞安集团 上庄煤业公司ꎬ山西 长治 ０４６２９９ 摘 要断层构造带给综采放顶煤工作面安全快速通过带来一定的难度ꎬ通过分析某矿 ２１０４ 工作面构造 带的地质赋存情况及工作面设备条件ꎬ有针对性地采取易操作的措施ꎬ显著提高了过断层构造带的安全性 和速度ꎮ 关键词综放工作面ꎻ断层构造带ꎻ安全措施 中图分类号ＴＤ８２２ 文献标识码Ｂ 文章编号１００５􀆽 ２７９８２０２００８􀆽 ００９４􀆽 ０３ 在煤矿的日常生产中ꎬ断层是较为普遍的地质 构造之一ꎮ 一般已探明的落差较大的断层在工作面 设计时已避开ꎬ但掘进中揭露的或隐藏的一些落差 较小的断层ꎬ不仅减慢工作面回采速度ꎬ也可能威胁 回采安全ꎮ 本文以某矿 ２１０４ 综放工作面为背景ꎬ阐 述了综放工作面在遇到断层带地质构造带时ꎬ依据 现场实际条件ꎬ适时对施工方案进行改进ꎬ从而快速 通过大范围构造区ꎮ １ 工作面概况 ２１０４ 综放工作面位于某矿 ２１ 采区东部ꎬ南 面与 ２１ 轨道上山、２１ 胶带上山相连ꎬ东面、北 面接矿井边界保护煤柱ꎬ西面为未开采区域ꎮ 地面标高１ ２７３ １ ４３０ ｍꎬ井下标高１ ０８９ １ １７６ ｍꎮ 工作面开采 ９ 号 ＋ １０ 号 ＋ １１ 号合并煤层ꎬ 煤层赋存于石炭系太原组地层下段上部ꎬ厚度 稳定ꎬ平均厚度 ６. ０ ｍꎬ局部 ９ 号与 １０ 号之间有 一层夹矸ꎬ较薄ꎬ最厚为 １. １ ｍꎮ 煤层围岩特征 见表 １ꎮ 表 １ 围岩及其特征 顶底 板名称 岩性厚度/ ｍ岩 性 描 述 老顶石灰岩 １１.２ －１６. ２ １３.７ 灰色ꎬ厚层状ꎬ块状构造ꎬ致密坚 硬ꎬ裂隙较为发育ꎬ充填有方解 石ꎮ 伪顶泥岩０. ６ 灰色薄层状ꎬ水平层理ꎬ含有植物 碎片化石及煤屑ꎬ断面平坦状ꎮ 直接底泥岩 ２.０ －２.４ ２. ２ 灰黑色ꎬ厚层状ꎬ断口参差状ꎬ断 面平坦ꎬ上部含较多煤屑ꎬ植物碎 片化石ꎬ水平层理ꎬ与下层明显接 触ꎬ岩芯完整性差ꎮ 老底细砂岩１.６ －２.２ 灰白色ꎬ厚层状ꎬ等粒结构ꎬ石英 长石为主ꎬ有暗色矿物及黑色云 母钙质胶结ꎬ坚硬ꎮ ２ 工作面揭露断层构造带情况 ２１０４ 工作面整体上为一由北向南倾斜的单斜 构造ꎬ切眼长度２１６. ５ ｍꎬ运巷长度９９７ ｍꎬ风巷长度 ９７３ ｍꎬ可采长度为 ８８５ ｍꎬ煤层倾角为 ３ １３ꎬ平均 倾角为 ８ꎮ 在巷道掘进时ꎬ运输巷掘进至 ８６８. ４ ｍ 时揭露 断层 ＦＪ５７ꎬ落差３. ０ ｍꎮ 回风巷掘进至７６３. ２ ｍ 时揭 露断层 ＦＪ４９ꎬ落差 ２. ０ ｍꎻ掘进至 ７８４. ７ ｍ 时揭露断 层 ＦＪ５０ꎬ落差 ３. ５ ｍꎻ掘进至 ７９９. ５ ｍ 时揭露断层 ＦＪ５１ꎬ落差 ３. ０ ｍꎻ掘进至 ８１３. ９ ｍ 时揭露断层 ＦＪ５２ꎬ 落差 １. ５ ｍꎮ 在工作面回采时ꎬ该断层构造带将对 回采作业造成较大影响ꎮ 根据 ２１０４ 工作面无线电波透视技术成果报告ꎬ ２１０４ 工作面存在 ２ 个坑透异常区见图 １ꎮ 图 １ 工作面巷道布置及坑透结果示意 １ 号异常区位于回风巷 ８２４ ８５３ ｍ、运输巷 ８３７ ８８２ ｍ 区段ꎬ此区段为断层影响带ꎬ仅受揭露 断层 ＦＪ５７影响ꎬ对回采影响较小ꎮ ２ 号异常区位于回风巷 ７５１ ８２４ ｍ、运输巷 ８０９ ８３７ ｍ 区段ꎬ此区段为断层影响带ꎬ受揭露断 层 ＦＪ４９、ＦＪ５０、ＦＪ５１、ＦＪ５２影响ꎬ推断靠近回风巷位置可 ４９ 问问题题探探讨讨 总第 ２５２ 期 能存在断层破碎带或煤厚变薄ꎬ对回采有一定影响ꎮ ３ 过断层构造带管控措施 １ 钻探验证断层带赋存情况ꎮ 在已有无线 电波透视技术成果的基础上增加钻探方法ꎮ 首先在 回采前从运输巷、回风巷回采帮打钻ꎬ进一步验证此 断层带赋存的具体范围ꎻ其次在回采接近断层范围 前ꎬ边回采边钻探ꎬ每圆班从切眼煤壁向回采方向打 钻ꎬ防止无计划揭露构造ꎮ ２ 注重地质因素影响ꎮ 断层造成了原有岩 体煤体的错动不连续ꎬ降低了其坚固性ꎬ岩体内 拥有不同大小、不同性质的断层面ꎬ这些都为地下水 的储存和移动创造条件ꎮ 过断层前要通过钻探等手 段查明裂隙的发育程度ꎬ探明是否存在裂隙水ꎬ查清 裂隙水之间可能的水力联系ꎬ从而提前采取针对性 的防水或疏水措施ꎮ ４ 过断层构造带现场实践 ４. １ 爆破技术 根据切眼及两巷揭露岩层显示ꎬ本工作面断层 带范围内ꎬ岩层多为较坚硬的石灰岩和砂岩ꎬ局部为 软泥状泥岩ꎮ 回采时对于断层带较坚硬的岩石部 分ꎬ无法采用采煤机直接截割ꎬ先进行松动爆破ꎬ然 后使用采煤机回采出煤ꎮ 松动爆破是制约正规循环进度关键环节ꎮ 由于 支架及刮板输送机挡煤板限制ꎬ加之现场操作空间ꎬ 采用顶眼、中部眼和底眼三排眼布置方法ꎮ 炮眼布 置参数如下底眼距底板 ０. ５ ｍꎬ中部炮眼距底板 １. ５ ｍꎬ顶眼距底板 ２. ５ ｍꎮ 三排眼仰角均为 ０ꎬ水 平转角均为 １０ꎬ炮眼间距均为 １ ｍꎬ眼深 １. ８ ｍꎮ 每个炮眼装药量根据现场岩层变化情况或岩石硬度 变化情况而定ꎬ最大为 ０. ８ ｋｇ４ 卷ꎮ 最大爆破长 度 １０ ｍꎬ超过 １０ ｍ 时ꎬ必须分次打眼、分次起爆具 体见图 ２ꎮ 在爆破作业时ꎬ根据构造带揭露的高 度、硬度、节理发育等情况ꎬ及时调整炮眼位置、角度 及装药量ꎮ 图 ２ 工作面炮眼布置示意ｍｍ ４. ２ 过断层带安全技术措施 １ 加强支护ꎮ 受断层构造带的影响ꎬ断层发 育区域已受到了不规则的破坏ꎬ顶板破碎ꎬ煤层变 软ꎬ顶板和煤壁的承载能力明显下降ꎮ 因此在过断 层带期间要加强支护ꎬ尤其加强对断层面前后区域 的顶板控制ꎮ 采煤机通过断层破碎区域后应立即移架支护ꎬ 移架滞后采煤机后滚筒 ２ ３ 架ꎬ及时打护帮板ꎮ 当 有煤壁片帮现象发生或端面距超过规程规定时要带 压超前移架ꎮ 当移架跟不上采煤机前进速度时ꎬ要 适当降低采煤机速度ꎬ必要时可停机移架ꎮ 采煤机 割构造带岩石时ꎬ应降低采煤机的牵引速度ꎬ最大牵 引速度不得超过 １. ５ ｍ/ ｍｉｎꎮ 严格掌握采高ꎬ采高不得超过支架允许最大高 度ꎮ 要经常观察顶板情况ꎬ支架与顶板接触要密实ꎬ 杜绝接顶不实、不严现象ꎬ保证支架初撑力达标ꎮ 如 发生漏顶时ꎬ应及时停机采用半圆木将顶板支护完 好ꎬ确保安全后方可继续割煤ꎮ ２ 加强现场管理ꎮ 由于采煤机卧底扫煤或 爆破后底板破碎岩石效果不佳等原因ꎬ易造成工作 面的断层段出现局部凸起等现象ꎬ进而使刮板输送 机的平整度变差ꎬ甚至支架出现局部倾斜加重ꎬ所以 必须保证工作面顶底板的平整度ꎬ使其坡度平缓变 化ꎮ 要根据底板岩石硬度ꎬ合理调整底眼密度和装 药量ꎬ保证底板岩石的爆破效果ꎮ 如出现底板局部 凸起ꎬ可适当增加采煤机扫底次数ꎬ待底板平整后再 顶出刮板输送机ꎮ ５９ ２０２０ 年 ８ 月 侯长青综放工作面过断层构造带开采技术探讨 第 ２９ 卷第 ８ 期 ５ 结 语 ２１０４ 工作面过断层构造带ꎬ共用时 ４５ ｄꎬ平均 回采速度为 ２. ３ ｍ/ ｄꎮ 过断层群的难易程度不仅与 断层的落差、煤层的厚度、倾角、断层走向和工作面 的相对位置有关ꎬ还受综采设备的工作高度、顶底板 条件等因素限制ꎬ要综合考虑各方面因素ꎬ采取科学 合理的方法和措施ꎬ保证综采工作面快速安全通过 断层带ꎮ [责任编辑路 方] 􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂􀤂 上接第 ７３ 页因此ꎬ基于复采综放面围岩控制机 理ꎬ结合采场围岩应力和顶板运动规律ꎬ在绿色高效 生产的前提下ꎬ本文提出从加强支护和生产工艺改 进两个方面进行采场围岩控制ꎬ保证工作面安全正 常生产ꎮ １ 加强支护ꎮ 受临近采空区和空巷、煤柱等 影响ꎬ造成采场支承压力高ꎬ围岩应力集中明显等现 象ꎬ可以通过增加支护强度等方式达到控制围岩失 稳的目的ꎮ 具体可以通过提高综放支架初撑力和工 作阻力ꎬ集中应力区增加带帽点柱等ꎬ或采用其他辅 助措施进行加强支护ꎮ ２ 改进生产工艺ꎮ 针对复采综放面超前支承 压力较大ꎬ易造成工作面煤壁片帮、漏冒顶事故ꎬ放 顶煤支架需要及时带压移架ꎬ减少前方煤壁控顶暴 露时间ꎬ同时可以采取小循环短进尺快放煤生产工 艺ꎬ使工作面超前支承压力快速前移ꎬ避免高应力长 时间作用于悬空煤壁ꎬ造成工作面持续矿压现象异 常ꎮ ４ 结 语 １ 复采综放面受原两侧采空区回采扰动影 响ꎬ上覆岩层破断形成不连续、不规则、多裂隙的空 间赋存结构ꎬ不规则岩块经过回转、沉降、挤压形成 点或面接触式“砌体梁”结构ꎮ 由于顶板的不规则 断裂ꎬ造成采空区矸体密实程度不均匀ꎬ近工作面顶 板垮落变现出一定程度的倾斜ꎬ形成“砌体梁”接触 面挤压力源ꎮ 同时上软下硬顶板结构荷载传递至下 部坚硬直接顶岩层中ꎬ使其与直接顶岩层产生同步 运动ꎮ ２ 针对复采采场存在的围岩应力集中ꎬ来压 不规律ꎬ煤壁易片帮、漏冒顶等情况ꎬ通过提高综放 支架初撑力等加强支护措施和小循环短进尺快放煤 勤移架的改进生产工艺ꎬ解决了围岩控制难题ꎮ 参考文献 [１] 刘 畅ꎬ弓培林ꎬ王 开ꎬ等. 复采工作面过空巷顶板稳 定性[Ｊ]. 煤炭学报ꎬ２０１５ꎬ４０２３１４ －３２２. [２] 谢生荣ꎬ李世俊ꎬ魏 臻ꎬ等. 综放工作面过空巷时支架 － 围岩稳定性控制[Ｊ]. 煤炭学报ꎬ２０１５ꎬ４０３５０２ － ５０８. [３] 吴士良ꎬ刘思利. 综放工作面顶板运动规律及支架 － 围 岩关系研究[Ｊ]. 煤炭科学技术ꎬ２０１６ꎬ４４２１０４ － １０８. [４] 王 开ꎬ弓培林ꎬ张小强ꎬ等. 复采工作面过冒顶区顶板 断裂特征及控制研究[Ｊ]. 岩石力学与工程学报ꎬ２０１６ꎬ ３５１０２ ０８０ －２ ０８８. [５] 王平虎ꎬ陕建龙. 晋城矿区残留煤复采工作面顶板及煤 柱稳定性研究[Ｊ]. 煤炭科学技术ꎬ２０１７ꎬ４５８３７ － ４１ꎬ５９. [责任编辑路 方] 􀥖􀥖􀥖􀥖􀥖􀥖􀥖􀥖􀥖􀥖􀥖􀥖􀥖􀥖􀥖􀥖􀥖􀥖􀥖􀥖􀥖􀥖􀥖􀥖􀥖􀥖􀥖􀥖􀥖􀥖􀥖􀥖􀥖􀥖􀥖􀥖􀥖􀥖􀥖􀥖􀥖􀥖􀥖􀥖􀥖􀥖 上接第 ７７ 页 ４ 结 语 阳煤集团下属矿井采用定向钻机抽采瓦斯技术 取得了显著成效ꎬ全年减少瓦斯治理工程巷道约 ３ ０００ ｍꎬ与普通钻机施工的钻孔相比瓦斯抽采纯量 提高了 ２ ３ 倍ꎬ为煤矿安全生产创造了有利条件ꎬ 极大地缓解了矿井抽、掘、采平衡衔接紧张现象ꎮ 但长距离定向钻孔在遇地质构造带时存在成 孔、护孔难的问题ꎬ仍需要不断积累总结瓦斯精准治 理技术经验ꎬ加强技术攻关ꎬ形成完整的瓦斯治理技 术体系ꎬ为煤矿安全生产保驾护航ꎮ [责任编辑路 方] ６９ ２０２０ 年 ８ 月 侯长青综放工作面过断层构造带开采技术探讨 第 ２９ 卷第 ８ 期