综采工作面过断层技术与实践

2010-04-04刘志刚张华清

采矿与岩层控制工程学报 2010年5期

关键词：移架顶梁煤壁

刘志刚,张华清

(山东鲁能菏泽煤电开发有限公司彭庄煤矿,山东郓城 274700)

综采工作面过断层技术与实践

刘志刚,张华清

(山东鲁能菏泽煤电开发有限公司彭庄煤矿,山东郓城 274700)

Technology and Practice of Full-mechan izedM in ing cross Fault

总结彭庄煤矿生产以来综采工作面过断层经验,分析过断层期间的关键工艺,提出了过断层需解决的一般问题,为综采工作面过断层提供了一定的借鉴经验。

综采;过断层;端面冒顶

1 过断层技术

过断层的 2个重要参数[1]:一是断层上下盘顶底板之间的煤层高度。过断层的难易程度与该煤层高度的关系较大,煤层高度越大,过断层越容易;反之,则比较困难。二是设备允许最小煤层厚度。一般来说,设备允许最小煤层厚度越小,过断层越容易;反之就越困难。

设备允许最小煤层厚度的确定:取采煤机滚筒直径、采煤机机身高度加机身采空区侧支架顶梁厚度以及支架最低支护高度加 300mm中的最大值。

1.1 过断层主要步骤

1.1.1 超前掌握断层出露的产状及延展方向

根据物探和巷道掘进期间的实际揭露情况,超前掌握断层出露的产状及延展方向,并根据过断层期间断层的实际揭露情况及时修正断层的产状及延展方向,是顺利通过断层的前提条件。

1.1.2 选择过断层的最佳方案

工作面过断层方法很多,主要有以下 2种:

(1)调整采高法即当断层上下盘顶底板之间的煤层高度不小于设备允许最小煤层厚度时,可以提前一定距离采取留顶煤或留底煤的方式降低采高,每刀留煤厚度为 100～150mm,过断层后逐步见顶见底开采,恢复原采高。

(2)挑顶起底法或留顶卧底法当断层上下盘顶底板之间的煤层高度小于设备允许最小煤层厚度时采用。当围岩比较松软时,采用采煤机割岩通过;当围岩坚硬时,不得用采煤机强行截割,采用放震动炮方式先行破碎岩层,再用采煤机慢速截割并装岩。

上述方法,无论采取哪种,关键是工作面与断层面的夹角和通过层位的控制。考虑因素包括:

(1)工作面破碎顶板暴露范围工作面与断层面的夹角应尽可能小,但可调整范围一般不大。

(2)推进前方梁端顶板和煤壁的控制无论挑顶起底法或留顶卧底法均应保证梁端顶板处于良好支护状态,不能造成漏顶事故。

(3)工作面设备的控制一般来说,根据断层上下盘在工作面揭露状况,一盘若破顶,另一盘可能就会破底,从而保证工作面刮板输送机不会出现陡坡,减少采煤机爬坡困难,避免出现支架歪斜和顶梁错茬咬架的现象。

(4)断层在工作面出口处的控制回采巷道掘进过程中或经后期改造,对断层已经处理。回采时,应尽量与其处理方法一致,否则会造成安全出口出现台阶而不畅通。

1.1.3 推采时破碎顶板和片帮煤壁控制方法

综采工作面在推采过程中,由于地质情况掌握不好或处理不当,极易造成顶板接触不实,顶板在支架顶梁和梁端上方离层而破碎,支架维护不及时,从而引起端面冒顶。煤壁片帮后造成梁端距加大,顶板离层破碎顺着梁端滑落造成端面冒顶。所以,综采工作面过断层期间破碎顶板和片帮煤壁的控制方法至关重要。

(1)常规控顶支护方法有:

及时支护采煤机割煤后先移支架,后移刮板输送机,移架后及时打开护帮板,防止煤壁片帮。

超前移架当工作面局部地段片帮深度达到0.8m以上时,可超前采煤机进行移架,及时支护空顶区,采煤机通过超前拉移支架时,采煤机司机必须集中精力,严禁割碰支架顶梁。

带压擦顶移架移架时少降柱,让立柱仍保持一定支撑力,使顶梁贴着顶板前移。操作中要注意试探移架,不可强行移架,以免损坏支架部件。

(2)封顶封帮控制方法有:

平行工作面挑梁护顶采煤机割煤后,若新暴露出来的顶板在短时间内不会冒落,而在支架卸载后移架可能冒落,则可采取平行工作面挑梁护顶措施,具体做法是:先移顶板完整处支架,同时在支架前梁上方,沿平行煤壁方向放置 1～2条 2.4m的木板梁,由其挑住附近不完整的易冒顶板,然后再移顶板破碎处支架。若顶板破碎严重而极易冒落时,可以在挑梁上方铺金属网、木板等护顶材料。

垂直煤壁架棚护顶当工作面采场上方顶板随采随落,冒落面积又较大时,用上述措施来不及支护,而且顶板条件也不允许把支架前梁降下来放置木梁。在此情况下,可以在相邻支架间超前架设垂直于煤壁的木板梁 (或钢轨)护顶,木板梁 (或钢轨)用锚链或钢丝绳拴在支架顶梁上,前端顶住煤壁。移架时,用木板梁 (或钢轨)使破碎顶板与采场空间隔离,减少破碎顶板的漏石量。

板梁护帮当煤壁片帮严重,支架端面距超宽,护帮板难以护住帮时,可靠煤壁增设贴帮木板梁护帮。

(3)对破碎顶板注浆加固法:

针对工作面巷道揭露断层破碎带时,利用马丽散[2]等材料注浆加固破碎顶板,将破碎带内松散岩石胶结在一起,有效地加固围岩松动圈,使之成为整体,提高了围岩的整体承载能力,从而有效控制巷道顶板的垮落。

上述方法无论采取哪一种都应坚持以下基本原则:割煤时坚持少割煤多移架快移架,减少空顶时间,防止顶板端面冒落;处理漏顶时,坚持先控制两头再处理中间,即从顶板完整地段开始维护;必要时可打破正规循环,先处理工作面某一段,再集中处理另一段,即遇到顶板难于控制时坚持先控制顶板为主;工作面采煤机停机处应在矸石量大的煤流上方,刮板输送机弯曲度在允许范围内,液压支架的初撑力、仰俯角、歪斜度、架间距等符合要求。

2 工程实践

2.1 工作面地质条件

1305综采工作面,走向长 1870m,工作面长208m,3下煤层赋存稳定,结构简单,无夹矸,厚度为 1.3～4.0m,平均 3.1m。煤层倾角 9～20°,平均 13°,f=1.8。基本顶为粉砂岩,厚度 6.77m;直接顶为细砂岩,厚度 5.76m;直接底为粉砂岩,厚度 10.68m;局部有伪底,厚度 0.5m。

工作面断层多,每 200m就有一组断层,均为正断层,落差最大 9m,小则 0.5m,对回采影响最大。另外火成岩墙 3条,岩墙厚度 0.5～3m不等。

2.2 工作面设备装备情况

“五机一架”,即采用MG550/1220-WD型交流电牵引采煤机、SGZ900/1050型中双链刮板输送机、SZZ900/315型中双链转载机、PLM2200型轮式破碎机、运输巷 3部DSJ-1000/80/2×185胶带机、ZY8500/21/45型掩护式液压支架。

2.3 过断层实践过程

1305综采工作面过落差 8～9m的正断层时,胶带巷在断层处形成一低洼段,巷道掘进过程中发生过冒顶,冒顶高度约为 8m;后期该段巷道进行了落底处理,但转载机等设备要顺利通过仍存在困难,为此提前牵移转载机等,避开该段。在转载机与工作面刮板输送机之间铺设了 60m的 40T刮板输送机,保证工作面运输系统的正常运行,并随着工作面的推进及时掐溜槽。同时在该段加打 8m的锚索配合 3.5m的工字钢加强顶板支护,加设一排超前支护,保证了工作面顺利推过该段。

工作面下端头最先揭露断层,提前挖底,为过断层做准备。随着推采,工作面下半部均破底推采,重点是防止顶煤在端面垮落造成空顶。后期工作面中部出现新的断层,落差 4～5m,煤层下迭,揭露断层处为全岩。然后该断层向上下延伸,工作面全岩段不断增大。最困难时期,工作面只有 15架为全煤。

过断层过程中,根据现场实际情况,及时完善过断层措施,调整施工工艺,保证爆破效果。技术部门每天测绘工作面素描图,安排专人打探眼,探明煤层的位置,并对其进行分析,及时将分析结果反馈给区队,提供有力的技术支持。