綜采工作面過斷層破碎帶施工方案的探析

常 艦， 王 剛

（1.山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)蓋州煤業(yè)有限公司， 山西 晉城 048400； 2.山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)晉城有限公司，山西 晉城 048400）

1 8202工作面概述

該工作面位于井田402盤區(qū)北部，該位置屬于實(shí)煤區(qū)，西部屬于402盤區(qū)輔助運(yùn)輸巷，而相應(yīng)的南部為8204采空區(qū)，對應(yīng)的東部屬于礦界。

對于8202工作面回采煤層而言，其屬于5號煤層，厚度大致在10.75 m范圍內(nèi)，因此煤層相對穩(wěn)定，并未有太大的變化。其煤層結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定，大致成分為煤6.2 m，泥沙0.25 m。煤層節(jié)理以及相應(yīng)的裂縫有一定的發(fā)育，相應(yīng)的煤層厚度達(dá)到1～2 m。對于工作面使用綜合機(jī)械化回采工藝流程，回采深度可以達(dá)到552 m。通過相關(guān)部門提供的數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，8202工作面在回采深度達(dá)到570 m時(shí)，通?？梢栽诨仫L(fēng)順槽側(cè)形成一個(gè)正斷層F4，相應(yīng)的落差為1.1 m，傾角為52°。由于受到構(gòu)建應(yīng)力的影響，當(dāng)工作面回采到550 m位置時(shí)，將會在回風(fēng)順槽側(cè)頂板出現(xiàn)大面積破碎。對于8202工作面而言，前期主要使用通用的帶壓強(qiáng)行法過F4斷層，這樣往往給工作面之間以及相應(yīng)的輸送機(jī)帶來影響，同時(shí)造成不必要的安全隱患。

2 傳統(tǒng)過F4斷層法及問題的分析

2.1 帶壓強(qiáng)行法過F4斷層

煤礦生產(chǎn)技術(shù)單元進(jìn)行調(diào)研研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)使用帶壓強(qiáng)行法過F4斷層時(shí)，也就是說工作面進(jìn)入斷層破碎帶之后，可以將采煤機(jī)隔斷深度控制在0.5 m內(nèi)。當(dāng)采煤機(jī)隔斷之后，可以使用采煤機(jī)單滾筒清理機(jī)道處煤矸石[1-2]。

2.2 主要存在的問題

經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，8202工作面其煤層相對偏軟，底板屬于炭質(zhì)泥巖，因此硬度相對較軟。假如處于過斷層過程中，使用帶壓開采強(qiáng)行通過時(shí)，往往使得支架陷進(jìn)底板。假如相鄰的支架交替陷入底板，那么在工作面鋪設(shè)的支撐架將會發(fā)生倒塌的事故，因此會給工作面帶來較大安全隱患。當(dāng)處于過斷層時(shí)，工作面頂板承受的壓力逐漸增大，假如強(qiáng)行推進(jìn)往往導(dǎo)致支架出現(xiàn)損傷。在采煤機(jī)實(shí)現(xiàn)上行回采過程中，滾筒牙座與支架頂梁將會發(fā)生碰撞，這樣使得兩者出現(xiàn)損傷，更有甚者將導(dǎo)致采煤機(jī)架的搖臂出現(xiàn)折斷。加之8202工作面煤質(zhì)相對松軟，這樣將會導(dǎo)致煤壁出現(xiàn)大量的破損現(xiàn)象，從而導(dǎo)致端面空頂距不斷增大，往往會出現(xiàn)冒頂?shù)默F(xiàn)象。與此同時(shí)，當(dāng)處于過斷層過程中，其工作面往往承擔(dān)的壓力不穩(wěn)定，這樣導(dǎo)致片幫煤體出現(xiàn)在刮板輸送機(jī)上面，從而出現(xiàn)輸送機(jī)承擔(dān)的負(fù)荷逐漸增加，因此出現(xiàn)溜尾堆積浮煤過多的現(xiàn)象，導(dǎo)致清理比較困難。

3 施工方案的研究分析

8202工作面由于受到構(gòu)造應(yīng)力的影響，最終導(dǎo)致揭露斷層前頂板位置將會出現(xiàn)破碎現(xiàn)象。對于常用的采煤工藝而言，其工作面不能保證安全面快速推進(jìn)。為了能夠更好地推進(jìn)工作面的速度，優(yōu)化工作面的正常生產(chǎn)，煤礦相關(guān)工作人員對8202工作面調(diào)研，制定了完備的垂直煤壁架棚法帶壓開采工藝，并且對工程實(shí)際進(jìn)行分析。

3.1 垂直煤壁架棚法施工工藝

假如8202工作面回采達(dá)到552 m時(shí)，那么當(dāng)采煤機(jī)開始移動(dòng)之前，往往需要在煤壁以及相應(yīng)的頂板之間增設(shè)一個(gè)梁窩，通常梁窩的深度設(shè)置為0.5 m，相應(yīng)的寬度設(shè)置為0.3 m，通常可以把梁窩對應(yīng)的施工地面設(shè)置在支架的前探梁中間，而梁窩的間距設(shè)置為1.75 m[3]。

通常可以在相鄰支架之間設(shè)置兩個(gè)錨索，間距設(shè)置為1.5 m。當(dāng)錨索安裝完成之后，可以把一根工字鋼放入梁窩，其長度為2 m，并且工作鋼的一端和錨索進(jìn)行連接，如圖1所示。

圖1 8202工作面的垂直煤壁架棚施工平面示意圖

當(dāng)設(shè)置工字鋼的過程中，工作人員在安裝時(shí)必須使得鋼梁面和頂板接觸。為了更好地避免頂板出現(xiàn)較大面積的坍塌，工作人員可以在頭部端頭位置施工，一組設(shè)置30根工字鋼[4]，當(dāng)完成工作鋼安裝之后，采煤機(jī)可以實(shí)現(xiàn)正常的割煤。工作人員在安裝工作鋼的過程中可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)采煤割煤，由此可以看出兩者之間不會產(chǎn)生影響。

工作人員把工字鋼設(shè)置在尾端頭時(shí)，當(dāng)采煤機(jī)實(shí)現(xiàn)一刀割煤流程之后，工作人員可以開始頭部位置安裝工字鋼，因此能夠?qū)崿F(xiàn)交替施工，從而可以有效地達(dá)到斷層面[5]。為了更好地保護(hù)工作人員的生命安全，尤其對于破碎煤壁而言，在安裝工字鋼之前，必須使用單體支護(hù)實(shí)施保護(hù)，同時(shí)需要在煤壁掛網(wǎng)，下面是掛網(wǎng)流程：第一，把菱形金屬網(wǎng)設(shè)置在單體柱上面，與地面的距離為1.0 m，并且規(guī)格設(shè)定為：長×寬=4.0 m×1.2 m；第二，對于相鄰金屬網(wǎng)而言，可以采用鉛絲進(jìn)行連接，與此同時(shí)可以用鋼管網(wǎng)鍥在煤壁上。

3.2 應(yīng)用效果

8202工作面運(yùn)用垂直煤壁架棚法帶壓法過F4斷層和傳統(tǒng)帶壓法進(jìn)行比較可以發(fā)現(xiàn)，頂板安裝棚梁之后，可以設(shè)置相應(yīng)的斷層破碎支護(hù)，這樣能夠有效地防止端面頂板出現(xiàn)下沉以及煤壁片幫現(xiàn)象。當(dāng)處于回采過程中，揭露斷層時(shí)，通常情況下頂板破碎比較嚴(yán)重，相應(yīng)的頂板下沉量僅僅達(dá)到0.12 m，相應(yīng)的煤壁最大片幫厚度達(dá)到0.33 m。當(dāng)頂板施工錨索鋼梁之后，能夠有效地提高工作面破碎頂板所受到的工作阻力。通過調(diào)研可以發(fā)現(xiàn)，工作阻力從62%提高至91%，從而能夠極大地提高支護(hù)能力。

4 結(jié)語

從具體的工程實(shí)踐可以發(fā)現(xiàn)，垂直煤壁架棚法過斷層破碎帶，不僅可以有效地降低工作面過斷層過程中對設(shè)備造成的故障，同時(shí)可以有效地提高過斷層時(shí)的回采速度，此外可有效地優(yōu)化支護(hù)效果，從而能夠有效地優(yōu)化回采效率。