煤矿综采工作面过断层方案制定及效果分析

煤矿综采工作面过断层方案制定及效果分析摘要：为确保综采工作面安全高效回采过断层，本文以3307综采工作面过DF32断层(H=3.7m断层是煤炭回采期间常见的地质构造类型开断层上下盘错断会给煤层连续性、顶底板稳定性带来影响开同时在断层影响区开煤层及顶底板岩层破碎程度增大、煤层厚度及层位出现变化开给煤炭安全高效回采带来制约1用综采工作面回采过断层期间在采动压力及断层构造应力、煤岩破碎等因素叠加影响下开容易出现煤壁片帮、掉顶和压架断层也是瓦斯赋存、导水等通道采面过断层期间容易出现瓦斯涌出异常或者涌水[2用众多技术人员对采煤工作面过断层技术进行研究王伟[3针对焦家寨煤矿22113工作面回采过F22113-1断层时面临采面推进速度缓慢、巷道围岩变形严重及顶板下沉量大等问题开结合现场情况提出采用挑顶方式过断层通过采面调斜+强化超前支护方式降低一次揭露断层面积、控制回采巷道变形现场应用有效缩短了采面断层时间开过断层期间采面及回采巷道顶板保持稳定王燕飞41针对8102综采工作面回采过F5断层期间存在煤壁片帮、顶板破碎、采面推进效率低等问题开从优化采煤机工艺、强化顶板及煤壁管理等方面出发制定采面过断层技术方案通过适当降低采煤机牵引速度、提高支架初撑力以及工作面调斜方式提高煤炭回采效率在断层破坏区及煤壁片帮区综合煤壁注浆、布置锚棚假顶确保煤壁及顶板稳定开工程应用后采面得以安全高效回采过F5断层用为此开结合煤层赋存、采面开采及断层发育等情况制定综采工作面过断层技术方案及安全措施尤为必要用本文以西北地区某煤矿3307综采工作面过断层为研究对象分析过断层技术及安全技术措施开为其他综采工作面过断层提供参考用1.1采面概兄西北地区某煤矿采用斜井+立井开拓方式井田面积36.79km²可采煤炭资源储量2.56亿t开设计产能400万t/a用3307综采工作面回采的3#煤层厚度灰白色粗砂岩，成份以石英为主，次为长石，有少量暗色矿物，钙质孔隙式胶结，分选中磨圆度为次圆状有煤屑，不显层理。中砂岩，灰白色，以石英为主，长石次之，胶结致密，含少量黄铁矿结核百云母片，下部为黑色炭质泥岩，炭化程度煤：黑色，中条带状结构，内、外生裂隙发阶梯状断口，半亮型，弱玻璃光泽，松软图13#煤层顶底板岩性柱状图3307综采工作面设计走向、倾向长度分别为3580m269m采用两进一回通风方式设计配风量1550m/min#工作面配备ZY1300028/62D液压支破碎机采面设计推进速度4.8md结合330综采工作面回采巷道掘进揭露、物探及时会揭露对生产影响较大的DF32断断层(H=2.04225°∠71°)用上述3个断层会显著影响3307综采工作面生产开断层走向与采面推进方向斜交在断层影响区煤体及顶底板岩层破碎开同时断层上下盘错动会导致3#煤层不连续如图2所示用3307回风巷3307回风巷3307综采工作面回采范围内断层构造发育结合断层分布及现场地质条件提出下列三种过断层技术方法：①松动爆破过断层当回采的煤层顶底板为坚硬岩层、断层落差不大且采煤机截割顶底板岩层困难时开可通过在采面煤壁上布置钻孔开采用松动爆破方式过断层降低采煤机截割顶底板坚硬岩层损耗用在松动爆破前需要安排专人对爆破影响范围内机电设备进行防护强化顶板管理避免松动爆破导致机电设备损坏或者顶板冒落松动爆破存在现场组织难度高、施工工艺烦琐及安全风险管控难度大等问题爆破时容易出现机电设备损坏或导致人身伤害用②重新布置切眼用重新布置切眼可避免断层引起的顶板不稳定、有害气体涌出、涌水等安全风险可减少过断层期间机电设备损耗降低矸石产量、提升原煤品质#重新布置切眼一般应用于断层落差大、顶底板岩层坚硬情况由于重新布置切眼需重新掘进切眼、开采设备搬家同时留设较大宽度的保护煤柱存在过断层时间长、煤炭资源损失量大等问题用③挑顶或卧底过断层当断层落差较小、顶底板岩层不坚硬时开可采用挑顶或卧底方法直接过断层用此种过断层方法不仅可节省采面过断层时间用节约重开切眼掘进及设备搬家费用开也有助于减轻矿井生产3307综采工作面回采的3#煤层直接顶为泥岩-砂质泥岩互层、直接底为泥岩顶底板岩层均较软弱开同时采面回采范围内断层落差2.0～4.2m断层落差较小开为此综合上述分析并结合3307综采工作面回采煤层及断层赋存情况提出采用挑顶或卧底方法过断层用3307综采工作面在回采至480~620m时会揭露为避免采面过断层期间回采巷道围岩变形严重甚至顶板冒落在过断层前需加强回风顺槽、运输顺槽支护同时配备足够的支护、采煤机截齿等材料开避免材料准备不足导致生产中断用措施为：①在原有的锚网索支护基础上开扩大超前支护范围及密度超前支护范围由20m增至25m超前棚距由②确保采面回采巷道断面符合要求巷道出现底3307综采工作面在回采至480～620m时会揭露DF32断层采面采用卧底(割底研)留顶煤方式确保平稳从断层上盘推进至断层下盘开采面过断层示意图如断层面(割底矸)回采方向3307综采工作面分布的DF32断层落差为3.7m倾角50°采面以15°俯角卧底开当底板与断层面间距L₁时需要卧底开L₁可通过式(1)计算I51:y=15°代入式(1)可求得L₁=12.95m,即采面底板与断层面相距12.95m时，采面开始以15°俯角卧底掘进。2.2.3控制采高由于断层影响区煤体及顶底板岩层破碎，采高过大时，在采动压力、地应力和构造应力等影响下容易出现煤壁、顶板冒落；采面采用卧底方式过断层，采面俯角较大，液压支架支撑高度过大容易出现下滑或者失稳。为此，在3307综采工作面与DF32断层相距20m以外时调整开采高度，将采高由4.5m调整至3.0m,采面沿着3#煤层底板推进。2.3.1瓦斯防治措施在构造应力影响下，断层影响区容易出现瓦斯集聚，同时，3#煤层瓦斯含量较高。为避免3307综采工作面过断层期间瓦斯涌出量异常，回风隅角或回风流出现瓦斯超限问题，应强化断层影响区瓦斯抽采。措施为：在采面过断层前，利用井下定向液压钻机对DF32DF41、DF102断层影响区按照2m间距加密布置钻孔，钻孔均应穿透断层；利用加密钻孔以及回采巷道内布置的顺层钻孔对断层影响区煤体强化预抽，确保采面过断层期间瓦斯涌出在正常范围。2.3.2采面顶板管理安全技术措施①加强工作面液压系统检修，泵站压力达到30MPa。支架初撑力达到24MPa,单体柱初撑力不低②加强工作面的顶板管理，液压支架不挤、不咬、不歪，相邻支架高低差不得超过支架侧护板的2/3。③支架工必须与采煤机司机密切配合，滞后前滚筒2～3架移架并打出防片帮板，防冒顶或片帮，严禁成组收防片帮板。④工作面过断层期间，要顺好顶、底板，严禁出现陡坡、急弯，确保工作面刮板输送机、液压支架和采煤机等设备运行状态良好。⑤采煤机司机要根据煤层厚度和现场情况，掌握好采煤机卧底量，严禁硬割岩层厚度大于0.4m及大块矸石，禁止在采煤机滚筒缺少截齿情况下割煤。⑥工作面底板松软，移架困难时，可采用单体支柱配合下移架。单体支柱配合移架时，支柱必须拴好安⑦及时更换补充截齿，补充截齿时把采煤机停在顶板完好、煤壁无片帮处，采煤机滚筒升到合适位置，器，检查周围环境安全后开始更换截齿。3307综采工作面在回采至480~620m时，会揭露响范围约140m3307综采工作面采用卧底留顶方式过断层，通过采煤机直接截割底板泥岩，确保煤炭持续在过断层期间，采用强化瓦斯抽采、顶板及开采设备管理等方式确保3307综采工作面安全推进。在过断层期间，采面顶板、煤壁等保持稳定，未出现顶板冒落、煤壁片帮和瓦斯异常涌出，采煤机可高效截割底板泥岩，截割齿磨损量较小，在断层影响区采面推进速度工作面采用过断层技术效果显著,可实现采面安全高效回采过断层。4.13307综采工作面回采范围内断层构造发育，DF32DF41、DF102断层对采面回采影响较大。以采面回采过DF32断层为例，在分析松动爆破过断层、重新布置切眼、挑顶或卧底过断层方法适应性基础上，结合3307综采工作面煤层及断层赋存情况，提出采用卧底方式过断层。4.2对