浅谈地测技术在综采工作面过大断层中的应用

2014-04-06景瑞波

山西焦煤科技 2014年1期

景瑞波

(西山煤电(集团)公司杜儿坪矿，山西太原 030022)

西山煤田是我国揭露断层数目最多、受其影响最严重的区域，杜儿坪矿是西山煤田断层最发育的地区之一。截止目前，井田内已查明落差＞5 m 的断层21条，落差在2 m 左右的断层甚多。生产落差＞2 m 的断层往往会给综采工作面顶板管理带来困难，经常出现压死支架的事故，甚至造成支架上方发生不同程度的冒顶，严重制约矿井安全生产。

1 工作面概况

68304 工作面位于西山煤电(集团)公司杜儿坪矿北三8#煤盘区，采用倾斜长壁后退式综合机械化采煤方法进行回采。工作面可采走向长1 087 m，倾向长231 m，煤层厚度4.81 m，可采储量124.1 万t，为杜儿坪矿主要采场。煤层顶板为3.0 m 厚的庙沟灰岩，回采时，煤层倾角1° ～14°，平均倾角7°。工作面共揭露断层23 条，全部为正断层，落差在0.6 ～3.3 m，其中F1、F13断层落差2.8 ～3.3 m，走向近乎一致，在工作面内可能连接成为1 条断层。由于2 条断层落差较大且走向与工作面走向近似平行，将会对回采造成极大影响。

因此，制定过大断层的技术方案对矿井的安全生产起着决定性作用。

2 过断层技术方案

2.1 沿断层面掘送探巷

提前在68304 机轨合一巷F1断层揭露位置开口，顺F1断层面沿下盘顶板掘送1 条断层探巷，探明F3和F14两条断层在工作面内的走向和落差。探巷设计长度340 m，实际施工长度346 m，大致可分为AD、BE、EF 三段。探巷掘进采用全断面一次成巷的炮掘施工方法。探巷断面为距形断面，宽高均为2.6 m，顶板使用d20 mm ×L1 800 mm 螺纹钢锚杆配合W 型钢带托板进行支护，距帮0.4 m，三花布置，纵间距1.5 m，同时打注d21.6 mm ×5 300 mm 锚索加强顶板支护，锚索布置为矩形布置，排距3.0 m。煤帮采用2. 0 m ×2. 4 m 菱形金属网配合d20 mm × L 1 800 mm 螺纹钢锚杆、W 铁片进行支护，1 排3 根帮锚，最上面1 根帮锚距顶0. 3 m，间距1. 0 m，排距1.0 m。

2.2 煤体加固

为防止采煤工作面过探巷时大面积滚帮造成冒顶，确保支架顶梁从断层上盘顶板逐步过渡到断层下盘顶板，探巷掘送完毕后，对其进行二次加固。

断层探巷A-C、E-F 段(共260 m)架设“井”字型木垛，C-D、B-E 段(共86 m)打设点柱支护。巷道所架木垛顺巷道采用4 m 圆木，垂直工作面采用3 m 圆木，采帮侧用0.5 m 的鸭嘴点柱支撑，一梁两柱，间距3 m，使木垛成缓上山，木垛间距1 m，木头点柱垂直顶底板打设在巷道中央，点柱间距3 m。“井”字型木垛每两层必须搭接，搭接长度保证0.5 m，木垛最上层配合半圆木和木楔接顶，并用d12.5 mm 钢丝绳3 道绳卡固定将木垛和锚索连接成一整体，钢丝绳必须处在张紧状态，确保牢固。

2.3 过探巷采煤工艺

根据探巷内揭露断层情况，按落差大小可将巷道分为3 段，A - C 段(1#～120#支架)落差2.0 ～3.4 m，C-D 段(121#～137#支架)落差＜2.0 m，E -F 段(95#～137#支架)落差1.2 ～2.8 m，全部采用快速通过的方法通过。具体施工工艺如下:

1)工作面回采至距断层20 m 处时必须调直工作面，将采高降至3.0 ～3.2 m，以采煤机能刚好通过为宜，且保证工作面机尾比机头超前5 m 推进。

2)先通过E-F 段断层，断层从机尾揭露后，揭露点随回采逐步向机头移动，保持工作面机尾比机头超前5 m，使断层在工作面揭露面积达最小值，以确保回采时工作面顶板能得到有效控制。

3)再通过A-D 段断层，当工作面过完E-F 段断层后，回采时工作面机头多返刀，将工作面调成机头比机尾超前5 m，使断层在工作面揭露面积达最小值，逐步推进通过此断层探巷。

4)工作面推进过程中揭露断层过渡地段，通过断层上盘部分采高可大于3.2 m，但此处支架必须有效支撑顶板，最大采高不得超过4.2 m。

3 地测技术的应用

3.1 物探和钻探

断层探巷掘送过程中，利用YTR(D)型瑞利波探测仪对前方地质异常体进行了探测，在C#、D#、E#及3#测点处均发现了异常，结合资料证实C#、D#、E#测点处异常点为断层分岔、合并点，3#测点处异常点为F13断层主断面位置。

在物探结果、地质资料综合分析基础上，利用KHYD75 型岩石电钻对探巷进行了钻探，掘进过程中在3#测点附近施工钻孔5 个，上下呈排布置，倾角-5° ～+5°，孔深12 ～15 m，通过打钻确定了F13断层的位置。探巷施工完毕后，在2#～3#测点之间施工钻孔12 个，孔间距5 m，倾角-3° ～+3°，孔深10 ～40 m，通过打钻进一步确定了F13断层的延伸方向、落差及倾角。

3.2 测量顶板标高

断层探巷施工完毕后，在之前探巷内已有测点的基础上再加测标高，保证每20 m 有一个顶板标高，工作面回采至距探巷30 m 位置时，每隔两天每10 道支架跟踪测量一次工作面顶板标高，把探巷与工作面顶板标高进行对比分析，结合煤层产状，进一步确定出探巷内对应工作面位置断层的整体落差，以便针对通过落差3.0 m 以上断层位置时，可以提前采取有效安全措施。

3.3 绘制平、剖面图

根据工作面和断层探巷所测顶板标高，绘制煤层顶板等高线，根据等高线疏密情况分析判断工作面内可能赋存的其它地质构造，如等高线密的区段很可能赋存有断层、急倾斜单斜等构造，需通过降低采高、提溜子、预注浆等措施加强顶帮支护，确保工作面支架能有效支撑顶板和煤帮。工作面等高线较稀疏，反映出工作面内赋存其它地质构造的可能性不大。

回采至距探巷30 m 位置时，每两天调查一次工作面回采进度、采高、煤岩层结构、顶板、煤帮等资料，绘制出详细的平、剖面图，及时准确地反馈井下生产情况，以便随时掌握工作面回采进度、采高、煤层变化、顶底板变化、空顶、滚帮等情况，针对特殊地段采取有效措施，确保矿井安全生产。