浅谈工作面过断层时形态控制方法

2013-04-18尹凯铭

科技致富向导 2013年5期

关键词：综采断层

尹凯铭

【摘要】综采放顶煤工作面过断层的速度和效益关键在于如何把握最佳的工作面形态。各矿也在总结综采过断层工作面形态控制原则，但都没有形成经验和理论。本文是在结合煤矿生产实践基础之上，针对综采过断层工作面形态控制原则问题进行深入研究。

【关键词】综采；断层；形态控制

0.概况综述

工作面过断层是开采过程中常遇到的问题，提高工作面过断层的速度和效益的关键在于如何控制最佳的工作面形态。到目前为止，复杂地质条件下各类综采开采，依然是没有妥善解决的重要课题，没有可以借鉴的理论基础和成型经验。

1.现场应用案例

煤矿主采层30#层煤，煤厚4～6.5m、落差2.5m以上断层密度1条/75m，主要为褶曲的伴生构造。本矿东八左四片工作面位于两道大断层中间，沿走向褶曲断层连续伴生并赋存有其它灾害性地质构造；09年，使用18.3T的重型综采装备在13.2m落差的大断层的块段成功进行了回采；10年，使用18.3T的重型综采装备在16#层东二采区三片，在一个由63道断层，其中落差3.0m以上断层11道、和巨型底板隆起组成的走向158m，工作面全岩最大达到174m复杂断层区，成功的进行了回采，平均日进度达到2.2m；其它工作面的情况与其类似，只是程度上略有轻重，在全国综采史上也是罕见的复杂地质条件矿井，下面仅以煤矿30#层、16#层为例，对以上问题进行研究。

1.1东八左四片概况

东八左四片工作面位于东八采区中下部，上临DF91断层，落差3～6米，下临DF41断层，落差0～47米，两个断层间距138米，该工作面长118米，走向长1040米，沿走向整个工作面为两道背斜、一道向斜构造，上下巷共揭露落差1.5米以上断层21道；两巷为全岩状况巷道4处，累计137米，半煤岩巷道3处，累计97米；经实际揭露，工作面长期赋存2～3道上下巷均未揭露的隐性走向断层，并赋存有底鼓、基底不平等其它灾害性地质构造。

1.2方案的选择

初步研究采取以下三套方案过该地质构造。

（1）搬家、回撤、跳面通过该地质构造。（2）将工作面缩短35米后，沿走向推进78米后，再将工作面恢复原长度，绕过该地质构造。（3）工作面直接通过该地质构造。

方案一：

优点：1）施工技术可靠。2）顶板管理简单。3）对综采支架的损害小。4）煤质好。

缺点：1）施工工期长，预计停产50天。2）储量损失大，预计储量损失4.6万吨。

方案二：

优点：1）地质储量损失较小，少回收1.85万吨煤。2）顶板管理简单。3）对综采支架的损害小。4）煤质好。

缺点：1）需补送的掘进巷道长，预计110米。2）地质条件不确定，该地垒构造沿倾向侵入工作面长度不祥。3）施工复杂，施工工期较长，预计停产30 天。

方案三：

优点：1）地质储量损失率为0。2）停产时间为0。3）无需补送掘进施工巷道。

缺点：1）顶板管理困难。2）对支架损害大。3）没有成熟的技术和施工组织方式。4）原煤含矸率高。5）地质条件变化对施工的影响程度不确定。

经济指标比较：

方案一：跳眼施工预计费用支出50万元，少回采4.6万吨煤，估计减少收入460万元。

方案二：缩面施工预计费用支出25万元，少回采1.85万吨煤，估计减少收入185万元。

方案三：直接通过增加施工费用8.5万元。

根据以上两项比较可以看出方案三虽然在技术上可靠性差、地质条件不确定因素多，但是储量损失少、停产时间短、经济效益巨大，在我矿三量关系严重紧张、年度生产计划压力极大的情况下，我们研究决定：采取第三套方案即掏槽施工方案直接通过。

1.3工艺简述及应用措施

综采工作面通过断层施工的主要工艺为：

（1）风动凿岩机打眼、火工爆破落岩；（2）采煤机装岩，辅助人工装岩；（3）运煤系统外运岩石；（4）综采支架支护顶板。

总的来说，综采工作面在断层施工区就是用炮采的落岩方式、综采支护、装岩、运输方式施工。

针对第三套方案的缺陷，我们采取了以下措施：

（1）工作面50号支架以上部分随煤层产状变化尽量向高抬起（以运输机形态允许为原则），以减少岩石钻爆工作量。

（2）在工作面上巷铺设4吋专用风管一趟，以确保工作面三台凿岩机同时作业有足够的风量。

（3）钻爆施工段严格执行超前拉架，控制顶板。

（4）确保地面风选系统在回采期间连续正常开车，将绝大部分矸石选出，确保煤质。

2.断层区域综采工作面形态控制分析

综采工作面在断层区域进行回采的速度和效果主要取决于以下四个方面因素：工作面全岩段长度和钻爆施工的难易程度、顶板控制的复杂程度、工作面设备的运转空间和环境、工作面和上下两巷的空间关系。以下我们将分别分析。

2.1工作面全岩段长度和钻爆施工的难易程度

实际的绝大部分断层施工区域中（不包括进出断层区的区域）工作面同时暴露断层的上下两盘和断层层面，其伴生的褶曲形态也同时在工作面中暴露，并随工作面推进由工作面的一端逐渐向另一端移动，直至移出工作面以外。这样随着工作面形态不同，工作面全岩段的长度也随之不同。在综合考虑其他工艺环节和装备性能后，工作面有一个最佳曲线，并随着断层形态不同，该曲线的形状也不同。

2.2顶板控制的复杂程度

为了迅速调整工作面形态，将工作面拟合到最佳曲线，主要通过工作面的里伪和外伪形态及角度。而工作面不论里伪还是外伪都必然影响到支架的形态。

如果支架工况较差则必然引发大规模冒顶，极大影响断层区施工速度，所以工作面里外伪的角度控制必须考虑支架的工况问题。同时工作面为快速拟合到最佳曲线，则工作面的角度必然出现剧烈变化，我们试验过将工作面角度调整到25°以上，工作面支架出现大面积倾倒，工作面顶板控制状态极度恶化。工作面与断层层面夹角过小，造成断层层面在工作面暴露面积过大，顶板破碎难以控制，经常造成大型恶性冒顶。所以在拟合最佳曲线时，必须优先考虑支架工况和顶板控制问题。同时在允许的条件下尽量加大工作面和断层层面间的夹角。

3.控制原则综述

经过以理论计算和机理分析以及大量的现场实际工艺现象的统计分析，我们得出了指导煤矿综采工作面断层区施工，工作面形态控制的10项原则，现综述如下：

（1）工作面岩石量最低原则。

（2）基本上翻越局部穿越原则。

（3）破软不破硬原则。

（4）工作面与断层交角最大化原则。

（5）不降低采高原则。

（6）上巷保证最小行人空间原则。

（7）工作面凸凹角不超过设备使用极限原则。

（8）下巷保证设备合理搭接和最小过货空间原则。

（9）俯仰角保证装备最小通过空间原则。

（10）整体工艺性配合优先考虑顶板控制的原则。