马兰矿综采工作面过断层围岩综合控制技术_朱瑞.pdf

江西煤炭科技2023年第1期摘要：以马兰矿1 2 7 0 2综采工作面为工程背景，分析了断层在工作面推进过程中的影响机理，探究了注浆加固技术和巷道加强支护技术对工作面过断层的实践。应用表明，工作面在推过断层期间，顶板应力集中不明显，巷道顶板下沉在可控范围内，工作面设备推进正常。关键词：综采工作面；过断层；注浆加固；加强支护中图分类号：TD8 2 3.8文献标识码：B文章编号：1 0 0 6-2 5 7 2（2 0 2 3）0 1-0 0 7 4-0 3Comprehensive Control Technology of Surrounding Rock for Crossing Fault in Fully Mechanized Coal Facein Malan CollieryZhu Rui(Malan Colliery,Xishan Coal Power Group,Gujiao,Shanxi 030200)Abstract:Taking 12702 fully mechanized coal face of Malan Colliery as the engineering background,this paper analyzes theinfluence mechanism of the fault in the process of advancing the working face,and explores the practice of grouting reinforcementtechnology and roadway strengthening support technology for crossing fault of the working face,whose application shows that theroof stress concentration is not obvious while crossing the fault,the roof subsidence of the roadway is within the controllablerange,and the advance of the working face equipment is normal.Key words:fully mechanized coal face;crossing fault;grouting reinforcement;strengthening support马兰矿综采工作面过断层围岩综合控制技术朱 瑞（山西焦煤西山煤电马兰矿，山西古交0 3 0 2 0 0）矿井地质构造对工作面资源开采效率和正常接续会产生较大影响，褶曲、断层、陷落柱等典型地质条件在我国大部分矿井中广泛存在1-3。针对地质构造问题，诸多学者开展了加强支护、爆破处理、注浆加固技术等研究，形成了一系列得到工程验证的实践成果4-6。因此，针对马兰矿1 2 7 0 2工作面选择合适的处理典型地质条件的技术，是保证工作面正常生产的必要条件。1工程地质条件马兰矿1 2 7 0 2工作面开采2号煤层，平均煤厚2.1m，平均倾角4，平均埋深4 0 0m，工作面走向长5 5 0m，倾向宽1 6 6m，煤层整体赋存状态稳定。工作面直接底为1.0m厚粉砂岩、基本底为7.8m中粒砂岩，直接顶为2.6m易破碎粉砂质泥岩、基本顶为4.1m中粒砂岩粉砂岩互层，整体节理发育、围岩破碎。根据上覆工程控制及巷道实际揭露，工作面共发育1 1条断层，其中：上覆工程控制4条，落差0.3 1.6m，编号为F 1 2 7 0 2-3的落差1.6m逆断层预计在工作面延伸长度7 2m，对回采影响较大；巷道实际揭露断层7条，落差0.3 1.4m，编号为F 1 2 7 0 2-6的落差0.6 1.4m正断层在工作面预计延伸长度5 3m，对回采影响较大；其它断层对回采影响较小。1 2 7 0 2工作面投产以来，由于断层等地质构造的影响，资源回收率受到较大影响，吨煤成本大幅提高，同时由于断层造成的巷道、采场围岩不稳定性增加，容易发生片帮冒顶等次生灾害，严重影响1 2 7 0 2工作面的正常回采，如图1所示。图1工作面布置及断层位置2工作面过断层顶板稳定性机理探讨不同类型断层对工作面影响的机理大致相同。工作面不断向前推进到断层附近时，原本采空区上方顶板应该形成的长跨度“砌体梁”结构不再存在，取而代之的是被断层影响的短跨度7 4江西煤炭科技2023年第1期“砌体梁”。断层与采场之间的煤体宽度逐渐变窄，承载上方载荷的能力逐渐减小，由于短跨度“砌体梁”的存在，上方岩块不断向下翻转、下沉，断层面的正应力逐渐减小、剪应力逐渐增大，导致采场区域矿压显现十分严重，给工作面生产带来不利影响。另外，在采掘活动影响下，采区内的断层受到扰动，原本“不活跃”的断层重新变得“活动”，主要表现为断块的活化、裂缝的增加，对附近工作面、巷道或硐室的干扰作用增强，断层附近工作面顶板连续性进一步丧失，导致超前集中应力无法向前传递，断层与采场之间煤体的集中应力越来越大，加重了对工作面安全生产的威胁。3工作面安全高效过断层技术实践根据工程实际地质条件和相似矿井的技术实践，1 2 7 0 2工作面安全过断层主要需做好两方面工作：一是对断层附近破碎围岩进行加固，增加工作面采场稳定性；二是选取合适的支护方式，保证工作面过断层时不会出现次生灾害。3.1断层注浆加固技术断层充填高压浆液，可以进一步密闭受断层破坏煤岩体形成的裂隙，由于浆液较强的黏结强度和韧性，使得断层范围内形成一种承载网格，提高了煤体的强度和弹性模量，增加了破碎煤岩体的承载能力，减少了因工作面或顶板破碎带来的冒顶、片帮等危害。1 2 7 0 2工作面选择马丽散作为注浆加固材料，注浆过程分为两个部分：一是从工作面两巷向断层内注浆；二是在采场推进至距断层2 0m左右时向煤壁和顶板内注浆。根据1 2 7 0 2工作面两巷实际断面，在距顶板4 0 0mm处布置第一排钻孔、在距底板2 0 0mm处布置第二排钻孔，钻孔采用“三花眼”布置，钻孔间距为25 0 0mm，全部倾斜向上在 煤 体 内 部 打 设，注 浆 孔 深8 2 0 0 mm、孔 径4 0mm，当浆液距孔口位置15 0 0mm处时封孔，过程中要严格控制钻孔质量，确保钻孔参数符合要求，如图2所示。图2工作面过断层注浆加固钻孔布置3.2巷道加强支护技术1 2 7 0 2工作面两巷断面均为梯形断面，高2.6m、上底3.5m、下底4.4m。在巷道经过断层时，主要会出现两帮破碎和顶板下沉危害，因此巷道支护技术以控制围岩整体稳定性为主。回风巷顶板采用“2 0mm20 0 0mm螺纹钢锚杆+金属菱形网+钢筋钢带+蝶形压制托盘+锚索+工字钢棚”联合支护。顶锚杆间、排距11 0 0mm10 0 0mm，每排4根。工字钢棚采用矿用1 1#工字钢加工，棚梁35 0 0mm，棚腿29 0 0mm，棚子架设在两排钢带中间。两帮采用“2 0mm20 0 0mm螺纹钢锚杆+W托盘+蝶形压制托盘”联合支护。运输巷顶板采用“2 0mm20 0 0mm螺纹钢锚杆+金属菱形网+钢筋钢带+锚索+工字钢棚”联合支护，工作面上层顶板厚度在2.5m至4.1m时，取消锚索，顶板采用全锚杆套棚支护。钢棚采用35 0 0mm棚梁，27 5 0mm棚腿，超前支护2 0m，棚腿柱窝1 0 0mm，钢梁布置在两排锚杆中间位置上。皮带巷支护断面如图3所示。图3皮带巷支护断面3.3安全技术措施一般而言，落差小于1m的断层可以采用采煤机截割的方式通过。过断层期间，工作面破岩段应合理调整采高，最大限度减少破岩量，同时控制好采煤机速度，使之缓慢进入断层区，防止因速度过快损坏截齿和机械传动部。支架要滞后前滚筒2 3架移架，带压擦顶移架，以防冒顶或片帮，并确保支架顶梁接顶严实。过断层期间工作面顶底板必须割平，保证支架间高低错差不超过侧护板高度的2/3。支架必须加强检修，保证支架各千斤动作灵敏可靠。4过断层控制效果分析1 2 7 0 2工作面在过断层前对工作面超前应力峰值、断层上盘应力值和顶板移近量（如图4所示）进行监测分析，根据监测结果可知：工作面超7 5江西煤炭科技2023年第1期性等具有重要的影响。以西铭矿二号回风立井项目的井筒的建设为例，开展了凿岩爆破技术在其施工中的应用研究，总结如下：1）二阶单锥形掏槽方式爆破可在单位体积内的爆破能量最大，能够获得较大的掏槽腔，而且该种掏槽方式不会出现“丢炮”或飞石打坏吊盘的问题。该种方式下需要打9 9个炮眼，并填装4 4 7.5k g炸药。2）采用基于水介质的孔底竹条间隔装药方式，并且在间隔距离为6 0 0mm时可以解决轴向垫层不耦合装药方式由于能量在轴向方向能量分布不均匀而导致的“孔口大块”问题；可解决基于空气介质孔底竹条间隔装药方式的“根底”问题。3）凿岩爆破参数优化后，西铭矿二号回风立井项目的井筒掘进进尺增加至5.0 4m，炮眼利用率得到显著提升并达到9 5%。参考文献：1 李明明.福城煤矿副井井筒延伸施工技术研究J.江西煤炭科技，2 0 2 1（4）：9 9-1 0 1.2 杨伟.回采面顺槽深孔预裂爆破切顶卸压技术的应用J.江西煤炭科技，2 0 2 1（3）：9 6-9 8，1 0 2.3 张海峰.复杂条件下巷道开口分层爆破综合支护工艺J.江西煤炭科技，2 0 2 0（1）：1 1 8-1 2 0.4 于志慧.综放工作面聚能爆破切顶卸压护巷技术应用J.江西煤炭科技，2 0 2 0（1）：8-1 0，1 3.5 杨计先，马洁腾，陈帅志，等.基于HHT方法的煤矿深立 井掘 进 爆破振动 信号分 析 J.抚 顺：煤 矿 安 全，2 0 1 8，4 9（4）：2 0 1-2 0 4.6 王宇涛，刘殿书，梁书锋，等.立井爆破效果预测及模糊综合评价J.武汉：爆破，2 0 1 4，3 1（3）：1 0-1 4，2 7.7 雷成祥.深立井揭煤消突方法与安全爆破技术J.北京：煤炭科学技术，2 0 0 9，3 7（7）：4 2-4 5.8 荆国业.大直径反井钻井穿越特殊地层关键施工技术研究J.北京：煤炭工程，2 0 1 9，5 1（5）：6 8-7 2.作者简介：王鹏翔（1 9 8 9），男，山西平顺人，2 0 1 8年毕业于太原理工大学，助理工程师，研究方向：开拓和掘进。收稿日期：2 0 2 2-0 5-2 5编辑：黄敏辉前应力峰值呈现先增大后减小的趋势，这是因为随着推进至断层的距离越来越近，断层影响的超前应力集中现象逐渐加强，之后由于采取一系列断层控制措施，超前集中应力峰值逐渐降低并趋于稳定。从应力集中系数来看，工作面在开采和断层的双重影响下，应力集中系数增大，并逐渐由单向受力状态向两向甚至三向受力状态过渡，断层上盘受集中应力影响较大。从顶板下沉量监测结果看，顶板下沉最大幅度为5 5mm、最小幅度为2 8mm，平均移近速度为7mm/mi n；另外顶板下沉存在临界点，当工作面推进至距断层5m位置处时，顶板变形速度达到最大值。图4采场钻孔布置5结语合适的断层、褶曲等地质构造控制技术是保证工作面安全高效生产的重要途径。马兰矿1 2 7 0 2工作面存在对工作面影响较大的正、逆断层，通过分析断层影响工作面推进机理，确定采用注浆加固和巷道加强支护技术进行工作面过断层技术实践。实践应用表明，1 2 7 0 2工作面过断层期间的巷道与采场的稳定性得到了保证，矿井正常生产得到了保障。参考文献：1 刘浩，马俊鹏，李逢祥，等.地堑区孤岛工作面过断层开采模拟应力分析研究J.哈尔滨：煤炭技术，2 0 1 6，3 5（8）：3 1-3 3.2 马立强，余伊河，金志远，等.大倾角综放面预掘巷道群快速过断层技术J.徐州：采矿与安全工程学报，2 0 1 5，3 2（1）：8 4-8 9.3 张鑫.灵北煤矿5 1 0 0 1综采工作面过断层技术分析J.徐州：煤炭科技，2 0 1 8（3）：1 0 4-1 0 5，1 2 4.4 牛建春，郑永亮，朱守颂