综采工作面安全高效过断层的技术研究与应用

2015-04-18陈佳开滦集团东欢坨矿业分公司

科学中国人 2015年20期

陈佳开滦集团东欢坨矿业分公司

陈佳
开滦集团东欢坨矿业分公司

摘要：当工作面遇见落差较大的断层时，会严重影响采煤工作面的安全生产和经济效益。本文对断层带附近区域煤岩的破坏状况进行了详细的分析，提出了综采工作面硬过断层时带来的技术难题。通过开滦东欢坨矿3093综采工作面工程实际，采用多种工作面安全过断层的具体技术措施，对类似构造煤层的开采具有参考价值。

关键词：综采工作面；过断层；顶板控制

断层是构造运动中广泛发育的构造形态。它大小不一、规模不等，小的不足一米，大到数百、上千千米，是煤矿综采工作面常见的地质构造形态，断层给采煤工作面安全生产带来了极大的影响，尤其是大倾角工作面突遇落差较大断层，为确保施工安全,不得已常常采取工作面搬家、重新开切眼或局部补眼,,致使回采率降低、采掘接替失调,造成吨煤成本增加、降低了生产效益。为此，在含断层构造较多的矿区研究工作面安全过断层方法与技术显得尤为重要，采取措施使综采工作面快速、安全通过断层，是综采工作面高产高效必须解决的问题之一。

1　断层带区域煤岩基本问题研究

在地壳运动中产生强大的压力和张力，超过岩层本身的强度对岩石产生破坏作用时，导致岩层断裂错位，从而形成了断层。断层两盘相对运动，相互挤压，使附近的岩石破碎，形成与断层面大致平行的破碎带，断层破碎带的宽度有大有小，小者仅几厘米，大者达数公里，甚至更宽，与断层的规模和力学性质有关。

一般顶板岩层的强度大于煤层的强度，在同样大小力的作用下，煤岩破碎后，煤的粉末多于顶板岩石的粉末，即煤的破碎程度比岩石的严重。在断层的破碎带内，煤的破坏程度较岩层严重，块度小。当回采工作面通过断层时，与保留岩顶相比，保留煤顶要困难得多。

2　现场工程应用

2.1工程地质概况

开滦东欢坨矿3093工作面位于-690水平中央下段采区南翼9煤层。平均倾角为20°,在距离工作面中间眼535m处有一落差达3.2m的正断层,受该断层的影响,工作面50#架以下段坡度达35°以上。工作面采用MG200/500-AWD型电牵引采煤机，ZY4800-13/32型液压支架及SGZ730/400型中双链刮板输送机完成煤的“破、装、运及顶板的支护和采空区的处理”。其工作面煤层剖面图1所示：

图1　工作面煤层剖面图

2.2过3093—1断层的主要技术措施研究

3093—1断层为一斜交正断层，造成工作面50组至机尾段基本全岩。工作面采用直接推进通过，可以节省用于倒面掘进准备巷道和支架回撤的准备费用,同时缓解了矿井的产量任务压力。但是，受该断层的影响,工作面将进入断层下盘的岩石中,工作面破矸范围大,对设备的磨损严重，为此必须采取有效措施进行处理。

2.2.1断层处破岩技术措施

断层处岩石破落常用两种方法：采煤机直接截割和打眼放炮。采用何种方法取决于断层落差和岩石硬度。如工作面断层落差较大，岩石硬度大，普氏系数大于4，上盘顶板下扎，下盘顶煤上翻，采煤机无法通过时，应采取措施挑顶或破底，确保采煤机顺利通过。可以采取放炮方式挑顶或破底，炮眼布置方式根据现场矸石硬度而定，可布置单排眼，也可布置三花眼，一次装药一次起爆，每次放炮不超过15架支架，以防止压死运输机。放炮时，采煤机放在放炮区域以外，尽量放在放炮地点的机尾侧，以利于出矸；当断层落差小，岩石硬度小，普氏系数小于4时，可用采煤机直接截割，采煤机割岩速度要慢。

2.2.2顶板控制

过断层期间，断层影响带顶板破碎煤顶不易控制，容易发生冒顶事故，为此要特别加强对此范围的顶板控制，控制此范围顶板的方法主要是：

(1)降低采高。易冒顶范围的采高降低到刚刚能够通过机组的2.3m左右。

(2)人工做好超前支护，提前控制好顶板。

(3)采面铺设金属网，断层面附近铺设双层金属网。

(4)保证工作面“三直一平”,避免因工作面不平直而造成支架的挤架、咬架和倒架现象。

(5)合理控制采高,防止支架空顶；减少截深缩短梁端距，同时采煤机过后3m之内及时移架。

(6)断层带附近顶板破碎,要求采煤机后滚筒割煤后,立即移架,并打出护帮板,护住煤壁,防止架前流矸冒顶。

(7)所有支架必须达到初撑力,确保断层附近支架对顶板的有效支护。

(8)采用带压擦顶超前移架方式移架,有效控制好顶板。