专题-采煤工作面快速过断层浅析.doc

1、采煤工作面快速过断层浅析摘要本文通过对大隆煤矿综采工作面过断层以及综放工作面快速过断层进行分析, 共分为两部分。综采工作面过断层通过断层成因及断层和综采过断层的关系，对大隆煤矿进行了概况综述，并对断层形态进行分析，总结了断层区施工、工作面形态控制的几项原则，概述了综采工作面过断层时的矿压显现特点及对顶板的管理实施办法，针对大隆煤矿的工作面遇断层及处理方法，分述了跳采法、平推法、直接割煤过断层、割顶(底)采煤过断层、用预掘巷与割底相结合的方法过断层、卧底走下坡过断层、挑顶卧底时采用深孔爆破和浅孔爆破相结合当工作面遇到地堑或地垒构造且范围又不大时、倾斜长壁开采遇断层倾角变大、工作面推进困难时、带压

2、擦顶移架、挑顺山梁、架走向棚、铺网、放震动炮法、综采工作面过落差大于2m断层，并附有图示，形象贴切。叙述了综采工作面过断层时其它影响因素，例如: 裂隙水的影响、断裂带宽度的影响、断层走向与工作面交角的影响。综放工作面过断层通过对大隆煤矿南一702综放工作面进行地质分析，分述了工作面的布置情况，生产情况，及设备维护，具体叙述了过断层时打眼开炮的步骤，并对生产过程中出现的问题提出了解决办法。并且总结了采煤工作面以及综放工作面过断层的方法及安全技术措施, 可为矿井后续生产提供借鉴。关键词断层采煤工作面综采 过断层跳采平推 综采工作面 顶板管理深孔爆破顶板控制 上盘 下盘大隆煤矿是1998年投产的一座

3、大型现代化矿井, 在近10a的生产过程中, 已相继投产了20多个工作面, 累计生产原煤1000多万t。由于井田内地质构造比较复杂,采煤工作面生产过程中频繁遇到断层, 据不完全统计,揭露和通过落差017m以上断层达200余条,个别工作面断层多达25条,严重影响了工作面正常安全生产,制约了矿井产量的提高。针对复杂的地质构造,已初步总结出了一整套适合大隆煤矿地质构造特点的处理工作面断层的方法与措施,有效地保证了矿井生产的稳步发展。1 综采工作面过断层1.1断层成因与综采过断层的关系断裂构造都是在一定的地质应力下形成的,不同的地质应力所产生的断裂构造性质不同,对综机过断层采煤产生的影响也不一样。按照断

4、裂构造的几何形态分,有正断层和逆断层。正断层一般是张应力和剪应力的作用,断层面倾角陡立, 断层上下两盘无挤压现象,产状变化不大,张裂带伸展不远,断裂面两侧岩层比较稳定,如果是单一的正断层, 综机过断层采煤容易实现;逆断层因受压应力作用,上下两盘呈挤压状态,煤岩层都有较强烈的褶皱,派生有羽状节理或“入”字分枝断裂构造,挤压破碎带伸展较远, 特别是逆断层中的逆掩断层,断层面倾角多在45以下,挤压破碎带较宽,断层两侧次生有一系列倒转小褶曲,在这种情况下综机过断层采煤多数不易实现或者难度很大。由于受较强地应力的作用,在采煤过程中遇到的断层,往往是成组出现,形成各种组合形式,在相当一段距离内破坏了煤岩层

5、的完整性,形成组合较宽的破碎带。在这种情况下,综机过断层采煤也很难实现。但如果是相距较远的正断层组合,一个工作面不同时期过几条断层,只要采取相应措施,仍可达到安全采煤之目的。1.2概况综述大隆煤矿主采层层煤,煤厚一、落差以上断层密度条刀,主要为褶曲的伴生构造。本矿东八左四片工作面位于两道大断层中间,沿走向褶曲断层连续伴生并赋存有其它灾害性地质构造年,使用下的重型综采装备在,落差的大断层的块段成功进行了回采年,使用的重型综采装备在层东二采区三片,在一个由道断层, 其中落差以上断层道、和巨型底板隆起组成的走向, 工作面全岩最大达到复杂断层区,成功的进行了回采,平均日进度达到其它工作面的情况与其类似

6、, 只是程度上略有轻重,在全国综采开采史上也是罕见的复杂地质条件矿井,下面仅以大隆煤矿层、层为例, 对以上问题进行研究。工艺简述综采工作面通过断层施工的主要工艺为、风动凿岩机打眼、火工爆破落岩、采煤机装岩,辅助人工装岩、运煤系统外运岩石、综采支架支护顶板总的来说,综采工作面在断层施工区就是用炮采的落岩方式综采的支护、装岩、运输方式施工。1.3机理分析断层形态分析一般的讲,绝大多数煤田断层的形成,都是受地层最大水平主应力产生的型剪应力的影响。随着岩层性质和本区域的主地质构造的不同,产生主构造为褶曲,伴生构造为断层和主构造为断层,伴生构造为褶曲两种形态。在较大区域内,褶曲和断层总是伴生的。断层区域

7、综采工作面形态控制分析综采工作面在断层区域进行回采的速度和效果主要取决于以下四个方面因素工作面全岩段长度和钻爆施工的难易程度、顶板控制的复杂程度、工作面设备的运转空间和环境、工作面和上下两巷的空间关系。1.4断层区施工、工作面形态控制的几项原则以理论计算和机理分析以及大现场实际工艺现象的统计分析,我们得出了指导大隆煤矿综采工作面断层区施工, 工作面形态控制的几项原则,现综述如下1.4.1工作面岩石最低原则工作面设备调整、工艺配合、形态调整的最根本目的在于,保证工作面在现有断层影响区域内,需进行的岩石钻爆工作最低。这是指导断层区施工的首要原则,也是根本原则。他是确定工作面抬起或下卧方向的基本原则

8、。1.4.2基本上翻越局部穿越原则在通过断层及由断层产生的褶曲构造时,工作面沿走向的施工轨迹,无论两班或两盘的标高差大小,应按照翻越路线去规划施工轨迹,而考虑到具体施工工艺的要求,在临近断层面的局部可以考虑穿越构造。这是整体规划断层施工方案及确定断层施工方向时必须遵循的原则。1.4.3破软不破硬原则工作面从断层的任意一盘向另一盘推进,都可以选择破项施工还是破底施工。如何确定工作面选择何种施工方式,就必须考虑顶底板岩性问题。对比顶底板岩性考虑钻爆施工难度,选择顶底板硬度较低的方向进行钻爆施工。在工作面中则直接体现为破顶或者破底,也就是破软不破硬的原则。1.4.4工作面与断层交角最大化原当工作面与

9、断层夹角过小,断层面在工作面暴露太大,顶板管理难度极大。同时工作面内煤层产状变化速度极快, 工作面形态调整无法跟上煤层产状的变化, 直接导致工作面内岩石攀露面积快速增长,钻爆施工难度加大,所以规划工作面的平面形态时,必须考虑工作面与断层交角问题,如果交角小于度, 通常会导致施工的严重停顿, 也就是工作面与断层交角最大化原则。1.4.5下巷保证设备合理搭接和最小过货空间原则由干工作面输送机必需和转载机尾保证一定的搭接高度差才能保证正常使用, 而转载机必濡沿下巷底板推进, 所以工作面头部一般不考虑下卧施工, 而上抬施工必须考虑到工作面头部上部搭接合理和最小空间过货原则。1.4.6俯仰角保证装备最小

10、通过空间原则工作面进行姿态调整时, 经常进行里伪或者外伪施工。支架由正常水平状态, 转为俯仰状态, 虽然支架支撑高度未变, 造成机道侧外伪或后尾梁窗口里伪, 综放工艺的实际使用高度变小。严重时,导致机组通过空间不足或后运输机无法正常开车。进行里外伪施工时, 必须如前分析中, 综述的施工方法进行施工, 也就是俯仰角保证装备最小通过。1.4.7空间原则整体工艺性配合优先考虑顶板控制的原则工作面过断层过程中, 岩墙面积、输送机凸凹角度、里外伪角度、两巷与工作面位皿关系等各方面因素, 都是可以预先推算的、在一定程度上也是可逆的、可后期调整的, 也就是可控制因素。惟有顶板事故、尤其是大型、恶性项板事故,

11、 不但后果严重、前期可预见性差, 而且是绝对不可逆、后期调整难度极大, 是唯一的不可控因素。所以在综合考虑各项工艺参数配合时, 必须首先考虑项板控制的问题, 即整体工艺性配合优先考虑顶板控制原则。地质构造的变化, 尤其是小构造的变化, 在统计意义上具有一定的规律性和可预测性。但对任意一个构造个体来讲, 其分布和变化的规律是不可能完全把握的。从这种意义上讲, 综采工作面过断层, 是一项复杂而且具有高度灵活性的工艺组织过程。以上总结的项工艺原则, 只能在一般性意义上做为施工的总体指导原则, 具体工艺的组织必须紧跟现场, 根据现场情况变化调整工艺组织, 不能生搬硬套。1.5综采工作面过断层时的矿压显

12、现特点与应注意的关键环节1.5.1矿压显现特点在综采工作面快要接近断层时,由于工作面的直接顶和老顶早已经在断层处裂断,当支架和前方煤壁支撑不住顶板的重量时,将会回转来压。断层走向与两条顺槽夹角越大,来压的可能性越大,反之,顶板来压的可能性也就越小。另外综采工作面从上盘推进到下盘和从下盘推进到上盘其工作面受到的压力是完全不同的,如图1从上盘向下盘推近时,顶板除受支架、前方煤壁、采空区矸石支撑外,还受到断层面下方的煤岩体支撑,顶板一般情况下不会发生台阶下沉,但顶板发生回转较容易。当工作面处下盘向上盘推进时,情况正好相反,顶板容易发生台阶下沉,而由于断层面的咬合作用,顶板不易发生回转。由此可见若工作

13、面从上盘向下盘推进时,在距断层距离较大时,应提前做好工作面来压的准备;而工作面从下盘向上盘推进时,要加强支护,以防工作面发生台阶状下沉。a. 从上盘向下盘推进b. 从下盘向上盘推进图1 工作面的推进方向1.5.2顶板管理断层带附近的顶板较破碎,在过断层前预备好处理冒顶的材料。移架时要采取带压移架,不得降柱过多,另外要缩小割煤与移架的间距,采用追机移架,以减少空顶面积和时间;要保证泵站压力和初撑力达到标准要求,对超前和端头的单体液压支柱,要保证其初撑力达到要求,对工作需要撤下的支柱要及时进行补支。在顶板发生漏顶时,应及时处理,以防漏顶范围扩大。当漏顶范围较大时,可在煤壁贴顶板处打超前眼插入32m

14、m以上的钢棍,在钢棍上架长梁,以使支架与顶板保持相对稳定,从而使支架前探梁逐步进入完整顶板。若岩石块度大,超前插入的钢棍弯曲,也可使用无腿棚环塞长梁来控制顶板的冒漏。顶板漏顶程度较严重时可采用穿钢针,穿棚环相结合的方法进行处理。首先打浅眼穿一排棚环,在棚环上先架设垂直工作面的园木(另一端架在支架前梁上) ,然后在其上方架设平行工作面的园木,形成掩护棚顶;之后,人员可在掩护棚顶下打深眼穿钢针;并加大其密度,保证棚顶架梁的强度;最后及时前移支架,支架前梁推入钢针和棚环外露下方后升紧挑牢,形成人工假顶,截住冒矸,使工作面顺利通过漏顶区，如图2综合过漏顶示意图。1. 钢针2. 横梁 3. 棚环4. 桃

15、梁图2 综合过漏顶示意图1.5.3支架管理支架在断层期间应保证液压系统的完好，防止液压元件“滴、冒、漏”，使支架达不到初撑力的要求，引起支架歪架咬架现象; 同时支架应带压移架 追机移架，及时把工作面压力甩到老塘侧，从而有利于工作面支架及顶板管理。1.5.4工作面不等长及炮采段因工作面受构造影响过断层，煤层倾角增大，造成综采工作面长度增加 工作面面长处于不等长阶段，综采支架不能全部支护工作面顶板，此时，应增加炮采段 正常情况下，一般以风巷炮采段为主，机巷上帮与工作面下出口支架平齐，此时炮采段顶板管理较为简单，只是采用一般抹帽或撕帮即可; 当转采时，如机巷长于风巷，机巷上帮以炮采段为主，因此时机巷

16、上帮悬顶面积大，机巷运输设备与工作面运输机不好搭接，顶板管理较为困难。采用如下方法管理炮采段：机巷撕帮时，为减小空顶面积，采取边撕帮边回采的方法; 撕帮时实行迈步式方法，以两硐为一个循环 撕帮拉茬距离控制在四个铰接顶梁(4.8) 以内为宜，硐与硐之间保持一定间距，这样能保证撕帮前后同步进行，有效控制悬顶面积; 最后一硐超前工作面两个铰接顶梁(2.4m) 为宜，这样能够有效控制顶板断面; 撕帮时，采用手镐落煤方式，每硐宽度不超过500mm，运用HDJA-1200铰接顶梁配双塘材笆片及DZ-28单体，一梁两柱支护顶板;为保证大断面支护强度，单体支柱初撑力不低于24MPa，在断面超过5m的地方，加打木垛控制顶板;机巷临时铺设一部SGW-40T做为连接机巷运输。1.6工作面遇断层处理方法大隆煤矿采面有两种回采方式, 即