公乌素矿1604综放工作面过断层技术研究

张金山，郑彦涛，高国强，刘 伟，孔维科

(内蒙古科技大学矿业工程学院，内蒙古 包头 014010)

在煤矿生产过程中，回采工作面遇到落差大于采高的斜交断层，断层构造将会给回采速度、安全技术等方面带来很大影响［1］。分析综放工作面的特殊地质构造和现场工况，制定综合性技术方法和措施，成为复杂地质条件下综放成功应用的关键。

1 工作面与断层F3概况

1.1 工作面概况

公乌素煤矿位于内蒙古自治区乌海市南部海南区境内，属于桌子山煤田东南部的公乌素勘探区。1604工作面位于主井东部，16#煤层露头以南，西部是1602工作面采空区，北部为井田边界线，南部是16#皮带下山，东部为实体煤层东部。地面为比高不大的丘陵地貌，地面无任何建筑物。工作面地面标高+1230 m，井下标高+1080 m。煤层走向N35°E，走向长度1768 m，倾斜长度310 m，面积548080 m2。开采煤层为16#煤层，煤层厚度8～11 m，平均厚度8.5 m;倾角15°～25°，平均角度 18°。煤层结构较复杂，16#煤层顶板为以深灰色泥岩为特征的砂质泥岩，厚度4～6 m，稳定程度为微有起伏，16#煤层煤种硬度 f=1.5，含夹矸5～7层。6#煤层含矸5～7层，16#煤层底板为以灰石英为主的砂岩，厚度3～5 m，煤层顶板为砂质泥岩，厚度5～7 m，底板为细砂岩，厚度3～5 m。

1.2 F3 断层概况

北采1604工作面回风顺槽19#导线点前26 m处，将揭露H=10 m断层倾角∠83°正断层F3，回风顺槽掘进时巷道下帮揭露29 m长，上帮全岩揭露20 m。运输顺槽631 m处将揭露H=7～10 m断层倾角∠41°正断层F4，根据断层走向性质判断为同一断层，定义为F3。该断层是随工作面推进从工作面机尾揭露，由工作面机尾向机头延伸，预计走向影响范围295 m，预计推进355个循环过完空巷。其中断层局部小裂隙发育，落差较大，对回采影响很大。F3断层在工作面位置图见图1，F3断层剖面示意图见图2。

图1 F3断层在工作面位置图

图2 F3断层后巷剖面示意图

2 过断层方法研究与选择

2.1 伪斜调整

首先根据断层的产状特征(断层倾角80°左右)及设备情况做分析，1604回采工作面沿煤层倾向布置沿煤层走向推进，采用走向长壁后退式综合机械化放顶煤采煤法。工作面支架选用 ZF6800/1.8/3.5、ZFG7200/1.9/3.6型液压支架采煤机选用可调高双滚筒电牵引MGTY450/1020－3.3D采煤机，运输机SGZ－960/1140型中双链可弯曲刮板运输机，乳化液泵BRW－500/31.5型。工作面在断层处的倾角与断层面的倾角越接近，割矸量就会越少，又必须保证设备的正常运转，过断层过程中工作面处控制的倾向角度不大于30°时，才能保证设备正常运转的前提下割矸量最少。调斜增大工作面伪斜角至13°，使断层与工作面斜交(其夹角为43°)从而减少断层在工作面内的暴露长度。同时伪斜角的调整有利于防止刮板运输机的窜动。

2.2 强行割矸

根据断层的发育情况(层顶板属中等稳定顶板，顶板为砂质泥岩，厚度4～6 m，底板为砂岩，厚度3～5 m)，暴露在工作面长达30 m，落差最大达10 m，上盘为砂质泥岩，下盘为砂岩，底板和顶板相比，顶板相对软)，在回采过程中一定要割矸的情况下，采用多挑顶少割底的方法通过断层。正确控制好工作面层位，根据断层延伸方向，揭露断层处往下30 m适当破顶，以破断层上盘顶板为主，断层面机头侧30 m左右工作面提前适当留底，以揭露断层面为参照控制工作面层位。工作面机尾在接近断层前20 m开始留底，每刀留底90 mm，断层上盘工作面底板留底幅度控制在9°。断层上盘提前适当破顶，每刀破顶高度为90 mm，预计35个循环工作面由上盘煤层推采至下盘煤层。采煤机破顶、拉钩后要用木板梁及时刹顶，保证支架移架后接顶严密。在接触断层面时，在保证采煤机顺利通过的前提下，采高要控制在2.4 m左右。工作面过断层剖面图见图3。

图3 工作面过断层剖面图

2.3 放震动炮

当矸石的硬度过大，煤机通过困难时，及时采用微震爆破放小炮的方式通过。井下各班保证2～3台凿岩机，处理断层要打浅眼，打眼深度不超过1.5 m，这样保证了打眼的速度与放震动炮的质量。严格控制炮眼的数量、深度及装药量，以尽量减少爆破对围岩的震动。打眼放震动炮的方法处理，根据断层区域坡顶板的厚度应用，有湿式打眼法分别布置单排眼、三排眼和三花眼，处理断层要打浅眼、少装药、放小炮，断层附近严禁放大炮。岩层厚度为0.4～1.0 m时，打单排眼，眼距为1 m;厚度为1.0～1.5 m 时，打三花眼，顶、底眼眼距为1 m;厚度为1.5～2.4 m时，打五花眼，顶、底眼眼距为1 m、眼深1.2 m，同时炮眼向机头方向;水平角度均为70°～80°;垂直角度。顶角上扬10°、底角下俯15°。中间打平眼，每眼装药量不超过2卷。采用大串联连线，正向装药，一次装药方式，进行一次起爆。放炮时严格执行“一炮三检”和“三人连锁放炮”制度，有效地保证放炮作业安全。炮眼布置示意图见图4。

图4 炮眼布置示意图

3 安全技术措施

根据断层的产状和发育情况及工作面设备配置情况，选用以上综合方案来快速通过断层。在这个方案中做出了相应的安全技术措施。

3.1 过断层处拉移支架要求

由于断层处工作面坡度比较大，液压支架容易出现挤架、倒架现象。首先保证该段支架必须在完好状态下运行，拉移支架时要少降慢拉，同时也要及时调整侧护板间隙，使支架垂直顶底板有效地控制顶板，防止冒顶事故的发生，并且保证了设备的完好。支架的逮顶幅度必须与煤帮输送机的下刹幅度保持一致，同时上下临架梁要衬平。

3.2 工作面顶板控制

在工作面回采至距断层面10 m处时，开始采取“控制放顶煤，加快推进速度”的措施，减缓周期来压的破坏性影响。在工作面回采至距断层面5 m处时，开始进行挂金属网(金属网是用10#铁丝编织50 mm×50 mm菱形网，顶网规格4.5 m×1 m，帮网规格2.5 m×1.0 m)挂网走向长度 10 m，倾斜长度30 m。挂网时工作面高度必须保证不超过2.4 m。挂网时，将采煤机、溜子电源闭锁。人员站在采煤机上进行挂网，用铁丝每隔100 mm进行联接，网倾斜向搭接为200 mm，必须联牢拧够3～5扣，新网片压在老网片上网与网联接可靠。网挂好后进行拉架，使铁丝网铺在前探梁上方，拉架时严防支架将网刮住。采煤机破顶、拉钩后要用木板梁及时刹顶，保证支架移架后接顶严密，从而实现安全作业。

3.3 设备防护

为防止放炮时破坏机电设备及岩石崩入架内和架间，放炮地点10 m范围内，首先在支架的前柱间用旧皮带和钢板扎成挡矸帘，把支架顶梁及底脚全挡严，每架1块，各个架间不留空隙，包括掩护支架的各种控制阀、灯、管线等构件。放炮时，采煤机要停靠在距放炮地点15 m以外的安全地点。每班设人定时对支架、运输机、采煤机进行检修和维护。

4 结语

1604工作面实际通过F3断层时，推进速度达到1.8 m/d的正常值，在预期的时间内顺利通过了断层影响的范围。在通过断层期间，除煤质外，其他生产基本没有受到影响。

综放工作面过断层时应充分考虑断层的结构情况采取合理有效的技术措施，进行必要的调整后，可保证工作面快速、经济地通过断层。1604工作面过F3断层的成功，为今后综放设计大块段、大储量工作面的开采打下了坚实的基础;同时也为综放工作面遇到断层的处理提供了宝贵的经验，在综放工作面设备保护、安全管理和推进速度等方面取得了较好的效果。

［1］刘安福，邓月华，刘 建，等.复杂构造急斜综采面矿压显现影响因素分析［J］.煤炭技术，2012(2):17－18.

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