3312 工作面过断层采煤工艺研究

2021-03-13邓皓天

山东煤炭科技 2021年2期

邓皓天

（山西潞安郭庄煤业有限责任公司，山西长治 046100）

1 概述

郭庄煤业3312 工作面位于三采区，地面标高+913.7～+941.7 m，井下标高+460～+500 m，走向长1153 m，可采长度为485 m，切眼长度218 m，煤层平均厚度为6.14 m，采高为3.1 m，放顶煤厚度为3.04 m。该工作面煤层厚度稳定，顶底板特征见表1。

表1 郭庄煤业3312 工作面顶底板情况表

2 工作面过断层采煤工艺

（1）过断层采煤工艺选择

3312 工作面经过探测，在靠近皮带巷一侧，沿工作面走向影响范围约为60 m 左右，向工作面内延伸88 m 处有断层TF-1，该断层落差为4 m 左右，对工作面的回采有一定的影响。采煤过断层开采以挑顶卧底法为主，在进行割煤时根据断层情况采用调整割煤高度法，通过工艺配合实现过断层采煤。挑顶卧底法是根据采面参数，通过改造采面坡度，实现采煤机械设备的上坡或者下坡，以此来实现断层区的采煤过渡。调整割煤高度法是在利用挑顶卧底法通过断层过渡段后，采煤机逐步实现后续见顶、见底的开采方法。

（2）过断层工艺实施

在离断层约为10 m 左右开始调整采面的高度，目的是减少开采煤炭中混入的矸石量。工作面采煤延伸到80 m 处时，开始调整采煤角度，按照起坡3°的角度调整采煤坡度，整个坡度按照断层长度计算为60 m。挑顶卧底法需要通过对断层参数的精准测算，调整支架支护角度，实现过断层采煤。3312 工作面开采过TF-1 断层时，需要调整的液压支架是41#～76#，调整时重点关注液压支架的底座是否按照起始3°坡度并且排布趋势与工作面底板走向相同。具体过断层坡度调整示意图如图1。

① 顶刀调整流程。设定距离断层约7～10 m 的点为变坡点1，在该处抬高滚筒，在过断层后的边坡点2 降低滚筒，期间滚筒抬高与降低的幅度要过渡缓慢，原则上不超过100 mm，且顶刀的前进方向要始终保持与顶板的结构相一致。

② 底刀调整流程。采煤机在从机头向机尾牵引时，在距离断层7～10 m 处的变坡点1，采用2°调整角，300 mm 抬刀幅度，固定行进速度的方式进行调整。当采煤机反向牵引时，在变坡点1 处反向调整。对于变坡点2，要预留约300 mm 厚度的底煤，其余采煤机牵引调整与变坡点1 处相同。根据TF-1断层参数，在工作面推进斜长约为25～30 m 时，断层的斜角和断层落差也逐渐减小，调整角度可以变为3°，液压支架调整范围为81#～97#。

图1 郭庄煤业3312 工作面过断层坡度调整示意图

③ 挑顶卧底法工艺实际上是在工作面过断层时，对上盘采用破顶留底煤、下盘破底留顶煤的方式行进，但如果挑顶、破底厚度大于0.5 m 时，需要在煤层特定位置设置炮眼，采用震动炮配合采煤机机组截割通过。该工序重点是炮眼位置，通过对断层煤层和岩层特性研究，3313 工作面TF-1 断层炮眼布置采用间距500 mm，顶眼距顶350 mm，与顶板夹角17°，底眼距底500 mm，与底板夹角24°的布置方案，具体炮眼布置示意图如图2。

图2 3312 工作面过断层采煤工艺炮眼布置示意图

3 过断层工艺保障措施

3312 工作面过断层期间，由于断层斜度长达60 m 左右，且断层部分段位的倾角较大，加之断层顶板岩层和煤层较为破碎，很容易出现因液压支架支护顶梁与顶板接触角度不匹配以及有效接触面积太少，导致岩层或煤层出现片帮，进而发生冒顶事故，因此在过断层工艺实施期间，需要做好保障措施，保证断层工作面的安全稳定。

（1）预防周期来压的影响。首先一定要做好断层区矿压的观测工作，保证矿压监测的准确实时。矿压观测项目主要为支架阻力值、支架活柱下沉量、来压范围、3312TF-1 断层工作面片帮发生情况以及设备安全阀门有无出现泄压情况等。其次端头支架超前拉架，使其擦顶拉架，防止发生支架倒架进而威胁到工作面安全。另外，在顶板及设备正常的状态下，应尽量加快采面推进速度，推进速度加快可减少煤壁暴露时间，降低片帮发生率、矿压显现强度及顶板破碎程度。

（2）保证顶板支护有效性。支架移动完成后，要保证初撑力，要关注支架所在位置的底板情况，如果存在泥化现象或者有泥化的趋势，要避免支架钻底或咬架。当工作面遇周期来压时，工作面断层带要采用手动收打护帮板、超前支护液压支架等方式，避免漏矸或者控制漏矸程度。液压支架的顶梁支护一定要与顶板走向趋势相同，保证支护效果。

（3）防止倒架、压死支架。顶底板在斜坡段过渡要平缓，顶底板不要留有台阶，仰俯角不要太大。在TF-1 断层过渡阶段，要严格关注断层上盘局部是否有漏顶现象发生，如果有发生，则需要及时采取打护帮板或者二次移架等方式控制漏顶。当液压支架发生一定范围的支护倾斜时，可以采取倒拉架并借助侧护板油缸的方法进行调整。

（4）炮眼钻孔安全措施。在施工爆破钻孔时，需注意观察工作面顶板及煤帮稳定性，当发现有煤壁片帮、顶板冒落危险时，需要立即采取支护措施。当断层对采煤设备影响明显时，应在断层处布置密集点柱并加密切顶柱，随时关注断层对采煤设备的影响。当支架间存在较大错差时，要在支架间采用篱笆、方木等背顶，防止破碎顶板掉落。

4 应用效果分析

3312 工作面断层TF-1 处采用了以挑顶卧底法为主，调整割煤高度法为辅，配合震动炮截割的过断层采煤工艺方案，过断层的效率有了明显提升。通过震动炮截割辅助工艺，大大降低了设备的损耗。通过TF-1 断层用时为9 d，速度约为6～7 m/d，相较于原工艺过断层2～3 m/d 的速度，效率提升了约一倍，未出现冒顶现象。