試析綜采工作面過(guò)走向斷層技術(shù)

潘雄勝

(山西陽(yáng)城陽(yáng)泰集團(tuán)西溝煤業(yè)公司，山西 陽(yáng)城 048106)

引 言

斷層是一種地殼在各種地質(zhì)年代中劇烈運(yùn)動(dòng)形成的地質(zhì)構(gòu)造，斷層具有兩方面危害，其一，斷層對(duì)巖層的穩(wěn)定性和整體性有著直接影響；其二，斷層可能成為煤層附近巖層中水流、有害氣體的倉(cāng)庫(kù)和通道，極易出現(xiàn)突發(fā)性事故。因此，研究過(guò)斷層開(kāi)采技術(shù)，有助于保障煤礦井下工作人員的人身安全，促進(jìn)企業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。

1 綜采工作面基本情況

以某工程綜采工作面為例，該工程位于平硐運(yùn)輸大巷南部，整個(gè)南部均處于未采區(qū)域。在工程西部位置上設(shè)置了采區(qū)回風(fēng)港、運(yùn)輸港和軌道港等內(nèi)容。上部為采空區(qū)，工作面切眼長(zhǎng)度大約在230 m左右，走向長(zhǎng)度約為340 m左右，煤層厚度在3 m左右，相對(duì)較為穩(wěn)定。全面發(fā)育一層夾矸，工作面的角度相對(duì)較小，在5°以?xún)?nèi)。

2 綜采工作面過(guò)走向斷層技術(shù)

2.1 綜采工作面安裝后試采期間層位調(diào)整

在本工程綜采工作面安裝作業(yè)完成后，發(fā)現(xiàn)其中一段工作面對(duì)于走向斷層有著一定的影響。該工作面結(jié)構(gòu)主要以全巖層結(jié)構(gòu)為主，且?guī)r層內(nèi)成分以砂巖為主，影響面積約有33 m左右，整個(gè)工作面的傾斜角度在25°，這種情況很容易在通過(guò)走向斷層的施工中，增大刮板輸送機(jī)的運(yùn)行阻力，使液壓支架出現(xiàn)倒滑情況。經(jīng)工作人員研究決定，為了降低不良影響的產(chǎn)生，可以在試采期間，在滿(mǎn)足過(guò)斷層影響范圍控制指標(biāo)的基礎(chǔ)上，采用挑頂、抬輸送機(jī)的方式，將工作面的傾斜角度從原來(lái)的25°降至15°左右。工作面層位調(diào)整預(yù)想剖面圖如圖1所示。

圖1 工作面層位調(diào)整預(yù)想剖面圖

2.2 全巖段采用放震動(dòng)炮助采

全巖段震動(dòng)炮助采方案在制定過(guò)程中主要分為兩部分：一是初期震動(dòng)炮助采方案。二是優(yōu)化后的震動(dòng)炮助采方案。其主要目的是降低工作面過(guò)斷層的影響。在初期震動(dòng)炮助采方案設(shè)計(jì)中，由于采煤機(jī)滾筒截深在0.6 m左右，所以在初期炮眼深度設(shè)計(jì)上，將其控制在1.5 m左右,炮眼的利用率要控制在8成以上。在炸藥的選擇上主要以三級(jí)煤礦許用的乳化炸藥為主，尺寸控制在Φ32 mm×320 mm，總量300 g。炮眼的設(shè)置需要利用氣腿式鑿巖機(jī)，配以Φ26 mm×1.8 m六方鉆桿、Φ42 mm鉆頭。炮眼的布置要以三排眼為主，在頂部、中部和底部均設(shè)置炮眼位置，且每層炮眼之間的距離控制在1.5 m×1 m。

頂部的雷管主要以三級(jí)雷管為主；中部的以一級(jí)雷管為主，底部則以二級(jí)雷管為主。炮眼位置圖參照第105頁(yè)圖2。在雷管中炸藥填裝時(shí)，要采用正向裝藥的方式，并在填充完成后利用泥漿將炮眼進(jìn)行封堵。優(yōu)化后震動(dòng)炮助采方案主要是將炸藥規(guī)格以及氣腿式鑿巖機(jī)的相關(guān)配置予以調(diào)整。優(yōu)化后的施工方案中，炸藥仍然采用三級(jí)煤礦許用乳化炸藥，不過(guò)規(guī)格和用量改為Φ27 mm×300 mm,每卷重200 g。氣腿式鑿巖機(jī)的零部件則改為Φ26 mm×1.8 m六方鉆桿、Φ32 mm鉆頭。炮眼位置，裝藥方式均不作改變。

圖2 炮眼布置圖(單位:mm)

2.3 工作面過(guò)斷層期間設(shè)備管理

工作人員需要在全巖段中每個(gè)支架的護(hù)幫板上安裝強(qiáng)力皮帶。強(qiáng)力皮帶的尺寸控制在1.7 m×1.0 m，沿走向方向，利用M24螺栓和夾板將彈力皮帶固定在護(hù)幫板上，保證每個(gè)支架之間有100 mm左右的壓茬。這樣在放炮期間內(nèi)，護(hù)幫板打開(kāi)后，彈力皮帶可以起到很好的保護(hù)作用；而在放炮后，護(hù)幫板被收回，彈力皮帶又會(huì)直接固定在支架的前梁位置上，不會(huì)影響煤機(jī)通過(guò)。

在放炮作業(yè)前，需要將采煤機(jī)停在機(jī)尾處，這樣在放炮過(guò)程中，才能保證掉落的大塊矸石不影響采煤機(jī)的通過(guò)率，這既降低了采煤機(jī)的運(yùn)行阻力，也避免刮板和鏈條的損傷。

2.4 綜采工作面過(guò)斷層期間頂板管理

首先，斷層頂板位置需要設(shè)置相應(yīng)的支護(hù)支架。在支護(hù)支架設(shè)置中，應(yīng)采用超前支護(hù)支架的設(shè)置方式，便于工作人員結(jié)合施工具體情況進(jìn)行支架的調(diào)整。同時(shí)在支架架設(shè)中要對(duì)其高低差以及支架之間的間距予以合理把控。初次設(shè)置的支護(hù)支架其支撐壓力不得小于24 MPa。

其次，在頂板完好的狀態(tài)下，移動(dòng)超前支架，當(dāng)支架端面的距離在340 mm以上時(shí)，需要及時(shí)伸出伸縮量并打開(kāi)護(hù)幫板，對(duì)頂板實(shí)施支護(hù)作業(yè)；如果斷層出的頂板存在破裂現(xiàn)象，且超前支架在伸出伸縮量的狀態(tài)下移動(dòng)后，仍存在端面距離超過(guò)340 mm的情況，則需對(duì)超前支架實(shí)施加護(hù)作業(yè)。在加護(hù)作業(yè)中可以采用直徑在2.4 m工字鋼或者直徑2.8 m的半圓木單體液壓支柱；在斷層施工作業(yè)中，一定要先從頂板完好的斷面開(kāi)始施工。如果在施工前發(fā)現(xiàn)頂板冒落高度在300 mm以上，需要從頂板斷面完好的一側(cè)開(kāi)展接頂作業(yè)，并在接頂過(guò)程中，詳細(xì)觀察頂板情況，加強(qiáng)退路預(yù)留的合理性，一旦發(fā)現(xiàn)異常狀況，應(yīng)快速退到安全位置。

最后，在放炮期間一定要讓乳化泵設(shè)備保持停止運(yùn)行的狀態(tài)，以免在放炮中，因矸石掉落砸中設(shè)備操作閥門(mén)，發(fā)生后支架出現(xiàn)漏頂、冒頂?shù)仁鹿省?/p>

2.5 過(guò)斷層方案實(shí)際效果分析

1) 在調(diào)整綜采工作面層位后，綜采工作面過(guò)斷層影響范圍的傾斜角度從原來(lái)的25°下降到15°，這既降低了輸送機(jī)運(yùn)行中的阻力，提高了支架的防倒滑能力，也減少了支架防倒滑設(shè)施和防滾矸設(shè)施的數(shù)量，降低了施工成本。

2) 在本工程綜采工作面全巖施工范圍中，一共需要支架數(shù)量在20個(gè)左右，通過(guò)計(jì)算，每班需要設(shè)置的炮眼數(shù)量在60個(gè)左右，在方案優(yōu)化后，通過(guò)小口徑炸藥的應(yīng)用，可以將炮眼施工的時(shí)間平均縮短10 min以上。

3) 在炸藥裝完后利用泥漿封堵，保證在放炮過(guò)程中，大塊矸石的崩出效率，減少危險(xiǎn)的發(fā)生。同時(shí)內(nèi)部巖石在放炮后呈碎塊狀分部，在采煤機(jī)作業(yè)中，能夠減少截齒的消耗量。

4) 強(qiáng)力皮帶的應(yīng)用不僅給支架提供了一定的保護(hù)，還減少了支架管理和支柱可能存在的損傷情況，降低了架前積矸量。

3 綜采工作面過(guò)斷層方案的經(jīng)濟(jì)效益

在初期設(shè)計(jì)方案落實(shí)中，由于其存在一些較不成熟的現(xiàn)象，每班的工作人員平均在24人左右，需要消耗的采煤機(jī)截齒儲(chǔ)量在18把以上，炸藥的消耗量在每班38 kg，出煤量每班基本在680 t。

通過(guò)對(duì)放炮施工方案的進(jìn)一步優(yōu)化，每班工作人員減少了6人，采煤機(jī)的截齒數(shù)量節(jié)省了近14把，炸藥的消耗量也降低了14 kg左右，而出煤量每班則增加了226 t。

按照每噸煤利潤(rùn)200元、人工180元、采煤機(jī)截齒230元的價(jià)格計(jì)算，優(yōu)化后的施工方案可將每班的經(jīng)濟(jì)效益增加為：200元/t×226.8 t+6工×180元/工+14把×230元/把=49 660元/班?；夭晒π椋?680.4 t+226.8 t)×2.5班÷(18工/班×3班)=42 t/工。

4 結(jié)語(yǔ)

合理優(yōu)化綜采工作面過(guò)走向斷層施工方案，采用合理的施工技術(shù)，能夠有效提升采煤量，節(jié)省人工成本，進(jìn)而全面增大施工的安全系數(shù)。