7103工作面过断层安全开采技术研究.pdf

782020 年第 6 期 收稿日期 2019-12-25 作者简介 贾祥（1986-），男，毕业于重庆大学，本科，就职 于山西省晋城市沁水县嘉峰镇永安煤矿，工程师，研究方向采 煤通风 。 7103 工作面过断层安全开采技术研究 贾 祥 （沁和能源集团有限公司永安煤矿，山西 晋城 048205） 摘 要 以永安煤矿 7103 工作面过 F8 断层为对象，进行了工作面过断层安全开采技术方案的实践应用研究。利用数值 模拟方法对该矿 7103 工作面过断层巷道顶板应力分布规律进行分析，在此基础上提出了过断层安全技术措施。实践应用 结果表明 7103 工作面过断层的技术方案是成功合理的，保障了 7103 工作面安全顺利通过 F8 断层。 关键词 综放 断层 模拟 中图分类号 TD823.49 文献标识码 B doi10.3969/j.issn.1005-2801.2020.06.028 Study on Safety Mining Technology of Cross Fault in the 7103 Working Face Jia Xiang （Yongan Coal Mine, Qinhe Energy Group Co., Ltd., Shanxi Jincheng 048205） Abstract Taking 7103 working face of Yongan Coal Mine passing through F8 fault as the object, the practical application research on the safe mining technology scheme of working face passing through fault is carried out. By using numerical simulation , the roof stress distribution law of 7103 working face passing through fault roadway is analyzed. On this basis, the safety technical measures of passing through fault are put forward. The result of practical application shows that the technical scheme of 7103 working face passing through fault is successful and reasonable, which ensures the 7103 working face to pass through fault F8 safely and smoothly. Key words fully mechanized caving fault simulation 1 工程概况 沁和能源集团有限公司永安煤矿 7103 工作面 位于井田的东北区域，煤层厚度 4.46.9m，平均厚 度 5.4m。工作面煤层倾角 17 28，平均倾角 24。7103 工作面地质构造较复杂，巷道掘进过程 中共揭露断层 7 条，落差在 0.49.1m 之间。F1、 F2、F3、F4、F5、F6 断层对回采的影响较小。F8 断层落差较大，落差达到 9.1m，断层贯穿整个工作 面，与工作面夹角约为 22，影响工作面正常回采。 F8 断层示意图如图 1 所示。 为掌握 F8 断层附近巷道顶板应力分布规律， 在理论分析的基础上运用数值模拟软件 FLAC3D对 回采时的情况进行模拟分析。模型尺寸长 宽 高 300m280m390m， 开 挖 范 围 长 宽 200m190m，开挖高度煤层厚度 5.4m，断层落 差 9.1m，破碎带宽度 4.9m，断层倾角 72。采用 理想弹塑性模型并满足摩尔库仑屈服准则。 图 1 F8 断层示意图 2 FLAC3D数值模拟分析研究 采用四步开挖法进行开挖作业。第一次开挖 从 F8 断层上盘向正断层推进时，距离断层 30m 处； 第二次开挖开挖后推进至与断层距离为 10m 处； 第三次开挖开挖后推进至与断层距离为 0m 处； 第四次开挖开挖后推进至与断层距离 -20m 处。 通过软件模拟得到 F8 断层附近巷道顶板最大主应 792020 年第 6 期 力分布云图，如图 2 所示。 图 2 F8 断层附近最大应力分布云图 从 F8 断层附近巷道顶板最大主应力分布云图 可知，在 7103 工作面向前推进过程中，前方煤岩 体中会出现工作面超前支撑压力影响区，并可以 得到支承压力与工作面超前煤岩体破坏之间的关 系。设定工作面与断层之间存在 30m 的煤柱时， 煤岩体应力集中的峰值为 -25.13MPa，断层端部最 大应力为 -27. 91MPa；设定煤柱宽度为 10m 时， 煤岩体应力集中的峰值为 -26.17MPa，断层附近应 力最大值为 -31.69MPa；推进断层位置，工作面超 前支撑压力峰值为 -28.98MPa，断层尖角处应力 值为 -32.35MPa，该区域存在着 5m 厚的破碎带， 容易出现安全事故。因此在工作面推进至 F8 断层 10m 区域内，必须制定相应的过断层安全技术措施， 保障过断层的安全顺利进行。 3 7103 综放工作面过断层方案 3.1 工作面伪斜调整 从永安煤矿其他工作面的开采实践可知，需要 调整工作面的伪斜角，使得其与断层面的倾角数值 越小，此时采煤机的割矸量是最少的。通过实践调 整伪斜角为 20，F8 断层面与工作面的交角确定 为 45，该措施可以有效地减少断层在工作面煤壁 暴露的长度，提高过断层的安全性。 3.2 强行割矸作业 从 7103 工作面的直接顶、直接底、断层断距分 析来看，工作面前方区域的上盘岩层比下盘岩层松 软破碎， 决定采用挑顶起底法来进行强行割矸作业。 断层上盘提前适当破顶上飘，控制面溜上飘幅 度。遇全岩时，在保证煤机顺利通过的前题下，采 高要控制在 1.5m 以下，以确保尽量少破矸石，不 影响生产。 遇断层后工作面从上盘煤层进入下盘煤层。采 煤机在破顶、拉钩后必须采用木板梁及时刹顶，保 证支架的接顶。 3.3 放震动炮 在工作面推进时矸石硬度大时，必须采用放震 动炮的措施。震动炮采用锚索机打眼、人工爆破作 业的方式进行，在检修班实施。 （1）震动炮沿巷道横断面布置四个深层炮眼， 炮眼深度根据顶煤厚度而定，要求深入煤层顶板以 上2m但不得少于5m， 炮眼封泥长度不得小于2.5m。 （2）震动炮沿巷道纵向布置三个普通炮眼， 炮眼深度打至煤层顶板，炮眼深度根据顶煤厚度而 定但不得少于 4m，封泥长度不得小于 2m。 （3）震动炮在回顺超前支架外向外布置，炮 眼横向纵向各布置一排，共 7 个炮眼 , 纵向的炮眼 沿巷道上帮布置，且保证与上隅角瓦斯抽放管的距 离保持在 1m 以上。炮眼间距纵向 1.6m，横向 1.5m。 3.4 注浆加固 在 7103 工作面过 F8 断层带时，当出现工作面 巷道围岩破碎无法进行锚杆和锚索安装的情况时， 可以在断层带进一步采用深孔注化学浆的办法，胶 结破碎岩体进行加固处理后，再进行巷道锚杆和锚 索的作业施工。在对断层带进行注浆加固处理当 中，注浆材料选用瑞琪米诺华公司生产的瑞米加固 I 号。钻孔注浆方案钻孔位置迎头顶部，孔间距 1.21.5m，钻孔角度 20 30，钻孔深度 34m， 钻孔数量 3 个。 4 工作面回采巷道的监测分析 通过 103 工作面过 F8 断层带时回采巷道围岩 变形数据的收集和处理，可掌握断层影响下巷道 的变形情况。在工作面回风巷揭露 F8 断层位置的 10m、15m、20m 三处分别设置巷道变形观测点， 主观测巷道顶底板和两帮移近量。对监测所得数据 进行综合处理，得图 3。 图 3 7103 回风巷道三处观测点的围岩变形结果图 从图 3 可知，7103 综放工作面超前支撑压力影 （下转第 86 页） 862020 年第 6 期 ［4］ 李志华，窦林名，陆振裕 . 采动诱发断层滑移失 稳的研究[J].采矿与安全工程学报， 2010， 27 （04） 499-504. 巷道顶底板相对移近量平均值为 29.5mm，两帮相 对移近量平均值为 34.9mm。相较于临近的 10-1012 巷掘进期间，顶板淋水区域顶底板移近量减小了约 82.7，两帮移近量减小了约 77.5。由此可知，优 化后的支护方案有效控制了顶板淋水区域围岩的失 稳破坏。 图 6 10-1021 巷掘进期间位移量监测 6 结论 通过对10-1012巷矿压显现情况进行现场监测， 现有支护条件下，巷道掘进期间，顶板淋水区域围 岩持续变形，通过采取适当的排水措施后围岩才趋 于稳定，顶板非淋水区域围岩位移量较小。工作面 回采期间， 淋水区域围岩位移量为非淋水区域的2.11 倍（顶底板移近量）和 2.43 倍（两帮移近量）。 淋水区域支护强度不足，故在进行 10-1021 巷的掘 进时对支护方案进行优化设计。现场应用及矿压监 测结果表明，优化后的支护方案使顶板淋水区域顶 底板移近量减小了约 82.7，两帮移近量减小了约 77.5，取得很好的应用效果。 【参考文献】 ［1］ 郭亚欣，宋选民 . 积水采空区下淋水顶板巷道失 稳机理研究 [J]. 煤炭科学技术，2019，47（11） 36-43. ［2］ 李爱军，李西凡 . 层次注浆工艺在切顶留巷围岩 加固工程的应用 [J]. 煤炭工程，2019，51（10） 50-53. ［3］ 林恩军 . 巷道顶板变形破坏特征与支护技术研究 [J]. 当代化工研究，2019（08）100-101. ［4］ 何富连，李晓斌，朱恒忠，等 . 顶板淋水对巷 道围岩变形破坏的影响及防治 [J]. 煤矿安全， 2019，50（06）162-165171. （上接第 79 页） 响范围主要集中在前方 33m 左右，应力峰值位置超 前工作面 8.118.7m。三处观测点的观测数据表明， 随工作面推进，巷道围岩变形移动变化规律基本上 一致，两帮最大移近量和顶底板最大移近量分别为 144.7mm、165.1mm。从现场监测数据可知，F8 断 层对 7103 工作面回采的影响在可控范围，过 F8 断 层安全技术措施是合理的，有效地保障了过断层的 安全顺利。 5 结语 在理论分析的基础上运用数值模拟软件FLAC3D 对回采时过断层的情况进行数值模拟分析可知，F8 断层在工作面与断层间煤柱宽度为 10m 时会发生煤 岩体不稳定的安全隐患。针对将会出现的安全隐患， 制定了过 F8 断层的安全技术方案，主要是采用通 过工作面伪斜调整、强行割矸、放震动炮、注浆加 固四大技术措施，实践应用效果理想，有效保障了 工作面安全顺利通过 F8 断层。 【参考书目】 ［1］ 张建宇 . 大采高综采工作面过断层安全回采技术 [J]. 江西化工，2019（05）221-223. ［2］ 闫增浩 . 北辛窑矿 8103 综放工作面过断层安全开 采技术 [J]. 煤，2019，28（09）27-29. ［3］ 杨双智 . 对采煤工作面过断层技术的分析探讨 [J]. 石化技术，2019，26（07）235199. ［4］ 付登科 . 特厚煤层综放工作面过断层安全开采技 术研究 [J]. 煤矿现代化，2019（05）20-22. ［5］ 罗勇 .Y 型通风沿空留巷巷道支护试验研究 [J]. 有 色金属 矿山部分 ，2011，63（02）40-46. ［6］ 魏学松. 卧龙湖矿沿空留巷围岩控制技术研究[D]. 中国矿业大学，2008. （上接第 82 页） ［5］ 王兆会，杨敬虎，孟浩 . 大采高工作面过断层构 造煤壁片帮机理及控制 [J]. 煤炭学报，2015，40 （01）42-49.