工作面回采期间快速过断层技术应用实践_徐立志.pdf

江西煤炭科技2023年第1期摘要：针对余吾煤业公司S5 2 0 4综采工作面过F9 2断层存在推进度慢、顶板管理难度大、设备故障率高等问题，为保证该工作面过F9 3、F9 4断层期间的安全与高效生产，提出不同情况下的工作面调整方案及顶板管理措施，并根据F9 3、F9 4断层实际情况采取了合理的过断层方案，工作面原煤采出率提高了2 0%，日推进度提高了1.8m，设备故障率得到有效控制，未发生冒顶片帮事故，实现了工作面过断层期间的安全高效生产。关键词：综采工作面；过断层；调整方案；顶板管理中图分类号：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 5 7-0 4Application Practice of Fast Crossing Fault Technology during Working Face MiningXu Lizhi(Yuwu Coal Industry Co.,Lu an Chemical Group Co.,Ltd.,Changzhi,Shanxi 046000)Abstract:In view of the problems of low propulsion,difficult roof management and high equipment fault rate,in order to ensurethe safety and efficient production while crossing the F93and F94fault,the working face adjustment plan and roof managementmeasures under different circumstances are put forward,and reasonable fault scheme is adopted according to the actual situationof the F93,F94fault,whose application shows that the raw coal production rate has increased by 20%,the daily propulsion degreehas increased by 1.8 m,the failure rate of equipment is effectively controlled,and there is no roof plate accident,which realizesthe safe and efficient production during the fault crossing.Key words:fully mechanized mining face;crossing fault;adjustment scheme;roof management工作面回采期间快速过断层技术应用实践徐立志（潞安化工集团余吾煤业公司，山西长治0 4 6 0 0 0）断层是一种常见的地质构造，地质构造较复杂的煤矿，掘进及回采工作面均可能经常过断层。过断层期间，因断层造成煤岩体空间位置变化，同时伴随断层及其附近煤岩体较为破碎，并形成应力集中，导致工作面过断层期间存在顶板管理难度大、破岩量大、设备损毁、原煤丢失以及推进度低等一系列问题，严重影响工作面安全及高效生产1。因此，工作面过断层期间必须采取科学合理的过断层方案，并根据现场制定针对性顶板管理方案及工作面过断层调整方案，确保工作面过断层期间安全高效生产。为此，针对工作面过断层期间的各种情况，研究针对性过断层方案具有重要意义。基于此，以余吾煤业公司S 5 2 0 4回采工作面过多条断层为例，针对不同断层研究制定针对性过断层方案，以期提高过断层期间的顶板管理水平及高效生产能力，可为同类条件工作面过断层提供借鉴。1工程概况1.1工作面概况余吾煤业公司位于山西省长治市屯留县余吾镇后河村。该矿S 5 2 0 4工作面北为2#回风下山、2#胶带下山以及2#轨道下山，南边为刘家坪保护煤柱，西为S 5 2 0 2采空区，东为S 5 2 0 6未采工作面。S 5 2 0 4工作面设计走向长度13 1 2m，倾向长度2 7 8m，工作面为走向长壁后退式一次采全高低位放顶煤综采工作面，采用M G 7 5 0（6 5 0）/1 8 0 0电牵引采煤机双向往返割煤回采，自然垮落法管理顶板。S 5 2 0 4工作面回采3#煤层，煤层层厚较稳定，厚度4.8 7.2m，平均煤厚5.8m，局部含均厚0.5m的泥岩夹矸，煤层倾角2 6，平均4，煤层硬度0.4 0.6。3#煤层直接顶为细粒砂岩，均厚5.3m，岩石硬度系数4.3 6.5；老顶为中粒砂岩，均厚1 0.8m；直接底为砂质泥岩，均厚5 7江西煤炭科技2023年第1期6.3m，岩石硬度系数2.1 3.3；老底为粉砂岩，均厚3.6m。工作面布置如图1所示。图1S5204工作面平面布置1.2工作面过构造情况根据S 5 2 0 4工作面地质说明书，S 5 2 0 4工作面内有F9 2、F9 3、F9 4三个断层构造，分别位于距离开切眼1 2 0m、4 8 5m、8 7 0m处，断层最大落差分别为3.2m、3.8m、2.7m，均为正断层。因工作面已回采3 7 0m，F9 2断层已揭露，根据揭露的F9 2断层可知，工作面回采过断层期间顶板破碎，顶板管理难度大，且局部破岩量较大，造成工作面推进度低，日推进度仅3m，对采煤机及刮板运输机也造成一定损坏，对工作面安全生产影响较为严重。事后分析总结原因为过断层期间，采用的常规过断层方法缺乏针对性，对过断层期间顶板管理及工作面调整均没有根据实际情况制定最佳方案。2过断层期间工作面调整方案回采工作面过断层期间，必须根据断层落差、影响长度、与工作面的夹角等情况，在工作面过断层前进行相应调整，调整的主要原则：一是利于顶板管理，尽量避免托顶煤或托破碎易冒落的顶板过断层，降低顶板管理难度。二是尽量降低原煤丢失量，通过提前调整工作面回采走向坡度，采取挑顶或卧底法过断层，避免过断层期间造成大量原煤丢失的资源浪费现象2。三是保证高效过断层，避免过断层期间因推进度较低导致应力集中造成工作面管理难度加大，形成恶性循环的现象，主要需研究减少破坚硬岩石的过断层方案，合理的过断层方案不仅有利于工作面推进度，还对设备维护具有重要作用。根据以上调整原则，工作面过断层调整方案主要可分为调整采高、挑顶卧底以及重开切巷的调整方法2。2.1采高调整法回采工作面在揭露断层前，通过探测手段提前掌握断层距工作面距离、落差、煤厚等参数。当断层处煤层厚度大于采煤机及液压支架允许的最小高度时，但小于工作面正常回采的采高时，可通过计算得出工作面在揭露断层前某一位置开始逐循环降低采高，同时调整回采走向坡度，直至采高降至与断层处煤厚一致，且工作面与断层间煤层空间位置一致时刚好揭露断层，过完断层后再逐循环增加采高以及调整回采走向坡度，直至恢复到正常采高。2.2挑顶卧底调整法回采工作面在揭露断层前，通过探测手段提前掌握断层距工作面距离、落差、煤厚等参数。当断层处煤层厚度小于采煤机及液压支架允许的最小高度时，需研究过断层期间是采取挑顶过断层还是卧底过断层的方法，在以最大限度减少原煤丢失的情况下，根据煤层顶、底板岩性进行选择，当顶板岩石硬度系数较高，而底板岩石硬度系数较低时，尽量选择卧底法过断层3，反之选择挑顶法；当煤层顶、底板岩石硬度系数一致或相近时，均需采取爆破作业时，尽量选择卧底法，以减少顶部爆破造成断层区破碎岩石冒落风险，提高工作面顶板管理安全系数。2.3重开切巷法当工作面前方断层落差较大，煤层基本或完全断开的情况下，采取挑顶或卧底法过断层均存在丢煤量较大，且需大量破岩的情况下，通过计算过断层影响工期、设备维护、原煤产出量、新工作面安装投入费用等进行一系列经济技术对比4，在重开切巷法经济对比较优的情况下，可采取避开断层重开切巷，重新安装工作面后继续回采。重开切巷法虽可完全避开断层，但增加了掘巷工程，且工作面安装及原工作面回撤均存在较高成本，同时增加了工作面拆除、安装期间的安全管理，尤其对于低位放顶煤工作面具有较大难度。因此，该过断层法必须经过详细且准确的经济对比。3过断层顶板管理措施因断层及其附近围岩较为破碎，工作面回采过断层期间，若顶板管理措施不当，易发生顶部破碎煤岩体冒落、煤壁片帮等事故。当顶部煤岩体掉落形成空顶后，可能发生支架不接顶甚至倒架事故。因此，综采工作面过断层期间，必须采取合理有效的顶板管理措施。3.1常规措施（1）及时移架支护。综采工作面过断层期间，若顶板轻微破碎，工作面仅轻微片帮时，可操控液压支架紧跟采煤机及时移架、推溜。移架后及时将5 8江西煤炭科技2023年第1期护帮板打开，确保液压支架对工作面的有效支护。（2）超前移架护顶。综采工作面过断层期间，当采煤机前方出现片帮甚至冒顶征兆时，可采取超前采煤机移架的方式，提前对片帮区域移架及时支护，采煤机过超前移架处，应适当降低上滚筒高度，防止滚筒割伤支架顶梁。（3）带压移架。综采工作面过断层期间，当顶板岩石较破碎，液压支架卸载移架可能发生顶板冒落事故时，应采取带压移架的方式，使支架立柱保持正常初撑力进行移架，避免移架期间顶部破碎岩石因卸压发生垮落5。带压移架通常会对支架造成一定损伤，对支架后期的使用及维护造成困难。3.2超前主动支护措施当工作面顶板岩石破碎严重、架前片帮、漏顶现象严重且采用液压支护无法超前支护时，可采取超前注浆控制顶板破碎岩石4-6，同时对煤壁上部施工撞楔锚杆护帮，实现对顶板及煤壁的主动支护。具体施工工艺如下：（1）首先实施顶部破碎岩石注浆，即在煤壁距顶板1m范围内采用风动钻机施工1排注浆孔，孔距2m，仰角5，孔深6m，孔口2m段为封孔段，2m以里为注浆段。每个钻孔施工完成后，及时埋管注浆，防止塌孔造成埋管困难。注浆材料采用马丽散及配套催化剂，配比为1:1，采用高压注浆泵注浆，注浆压力达到8M P a并保压3 0m i n后停止注浆。（2）注浆完成并确保浆体凝固后，方可施工撞楔锚杆护帮。撞楔锚杆布置在工作面顶板处，锚杆孔垂直煤壁施工，锚杆孔间距0.5m，深度可根据风动钻机可施工深度，但不得小于3m。每个锚杆孔施工完成后，及时采用2m长通丝锚杆插入孔内，利用孔内破碎岩石挤压实现锚杆锚固，锚杆外端采用配套螺母及托盘护帮。当采煤机采过锚杆区域后，及时将外露的锚杆采用撞楔法向深部推进，并重新拧紧螺母挤压托盘护帮。当第一排锚杆推至孔底无法推进时，立即施工第二排撞楔锚杆，前后两排的撞楔锚杆同高度错位均匀布置。撞楔锚杆平面布置如图2所示，超前注浆及撞楔锚杆断面布置如图3所示。图3超前注浆及撞楔锚杆布置断面3.3被动支护措施当工作面过断层期间顶板岩石破碎严重，且煤壁片帮严重时，采取注浆加固及撞楔锚杆护帮的主动支护措施效果不佳情况下，可采用架间搭梁护顶及挂网护帮的被动支护措施，具体施工工艺如下：（1）架间搭梁护顶。即先在顶板相对完整的支架前方，采用人工短掘短支的掘巷方法向前掘进一架支架宽度，掘进深度视顶板情况而定，然后将该处支架前移至掘巷内。采用同样方法在相隔一架或两架位置掘巷并移架。移架后，将顶板破碎区采用工字钢搭梁的方式两端搭至已移架的支架上，实现对破碎区顶板的被动支护。搭梁完成后，破碎区液压支架即可逐步前移。架间搭梁护顶方式如图4所示。图4架间搭梁控制顶板（2）煤壁挂网护帮。当煤壁片帮严重时，可利用金属网对煤壁进行闭帮，金属网上部铺设至液压支架顶梁上方，煤壁利用单体柱、小径木料挤压金属网及煤壁实现护帮。回采期间可超前采煤机拆除闭帮的单体柱及小径木料，并将金属网上卷后固定在液压支架顶梁上，采煤机截割及移架后，重新将金属网放下后按原工艺护帮。4现场应用与效果分析4.1现场过断层方案应用余吾煤业公司S 5 2 0 4工作面回采期间，为确图2撞楔锚杆布置平面5 9江西煤炭科技2023年第1期国矿业，2 0 2