综采工作面过断层回采工艺优化_孔庆宇.pdf
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1、综采工作面过断层回采工艺优化孔庆宇1,党其2(1.晋能控股煤业集团王家岭煤业公司,山西忻州036600;2.晋能控股山西科学技术研究院(太原)科技公司,山西太原030006)摘要:基于 18103 工作面过 F6 断层期间,工作面破岩量大、设备磨损严重、回采速度慢等技术难题,经技术研究,对工作面断层区岩体采取深孔爆破预裂,并对工作面过断层期间顶板采取超前管棚联合支护。通过实际应用效果来看,工作面过断层回采工艺优化后,降低了机械破岩难度,加快了工作面推进速度,同时对工作面断层区顶板采取支护后,提高了顶板稳定性,保证了工作面过断层期间回采安全,取得了显著应用成效。关键词:综采工作面;断层;回采工艺
2、;优化应用中图分类号:TD355文献标识码:A文章编号:1672-1152(2023)05-0195-03118103 工作面概述1.1工作面布置情况晋能控股煤业集团王家岭煤业公司 18103 工作面位于一采区中部,工作面呈南北走向布置,北部为井田边界,南部为一采区大巷,东部为 18101 工作面采空区,南部为 18105 工作面1。18103 工作面设计走向长度为 1 800 m,倾向长度为 210 m,回采煤层为石炭系 4 号煤层,可采厚度为6.15 m,平均倾角为 5,煤层顶底板岩性如表 1 所示。1.2工作面地质情况18103 工作面地质构造相对简单,主要以中小断层为主,截至 2021
3、 年 6 月,18103 工作面回采至 640 m处时已揭露 5 条正断层,断层平均落差为 0.9 m,平均倾角为 52,断层岩体主要以砂质泥岩为主,岩体单轴抗压强度为 32 MPa,工作面过断层前期主要采用直接破岩法回采工艺2。18103 工作面回采在 632 m 处,从 107128 号支架(共计 128 个支架)前方揭露 1 条正断层,断层编号为 F6,根据回风顺槽揭露断层特性来看,该断层落差为 2.4 m,倾角为 57,断层处岩体主要以粗砂岩为主,单体单轴抗压强度达 50 MPa,该断层对工作面回采影响长度为 64 m(已回采 8 m)。2前期过 F6 断层回采工艺及问题分析2.1前期
4、回采工艺18103 工作面前期过 F6 断层时同样采用机械强行破岩法回采工艺,即工作面从端头斜切进刀割煤,当采煤机回采至 F6 断层岩体时,采用采煤机上滚筒破断层上部岩体,采用下滚筒清理煤矸,当采煤机破岩至 128 号支架后及时抬高下滚筒、放低上滚筒进行反向破岩,直至一个循环完成。2.2原回采工艺存在问题2.2.1回采效率低18103 工作面采用采煤机破 F6 断层岩体,采用往返破岩方式,破岩时间长,单茬破岩深度不足 0.5m。通过现场观察发现,工作面在过 F6 断层时,每割 1刀需用时 4.2 h,是原单刀割煤同时的 1.5 倍,过断层期间每天回采量不足 3.0 m,回采效率低3。2.2.2
5、设备故障率高由于 18103 工作面揭露的 F6 断层岩体为粗砂岩,岩体单轴抗压强度为 50 MPa,而采煤机截齿破岩极限为 55 MPa,断层处岩体已达到破岩极限,导致采煤机在破岩时破岩难度大,截齿磨损严重以及截割部损坏严重。通过现场统计发现,工作面前期过 F6 断层时共计磨损 121 个截齿,截割电机烧毁 1 台,采煤机故障率达 18%。2.2.3煤矸块状大采用采煤机破岩时岩体以块状垮落,破岩后块状大,不仅不利于刮板输送机、带式输送机快速运输,而且很容易造成刮板输送机机头卡塞以及带式输送机撕带现象。2.2.4围岩破碎严重18103 工作面采用采煤机破岩时,主要采用液压收稿日期:2022-0
6、8-08第一作者简介:孔庆宇(1977),男,山西汾阳人,毕业于太原理工大学自动化专业,本科,工程硕士,现主要从事煤矿安全生产管理工作。总第 208 期2023 年第 5 期山西冶金Shanxi MetallurgyTotal 208No.5,2023DOI:10.16525/14-1167/tf.2023.05.073表 118103 工作面回采的 4 号煤层顶底板岩性表顶、底板 岩石名称 厚度/m岩性特征老顶细粒砂岩6.13位于直接顶之上,为中粒砂岩、粗粒砂岩,不易垮落,一般只发生缓慢沉降直接顶 砂质泥岩5.0位于伪顶或煤层之上,随放顶后较容易垮落,其中含煤量很少伪顶炭质泥岩0.7节理裂隙
7、发育,多含煤线,在该工作面赋存极不稳定,随采动及时冒落,坚硬系数f=1.52.5,属较软岩层。直接底高岭质泥岩0.9位于煤层之下,岩性主要为高岭质泥岩、泥岩、砂质泥岩组成;厚度较薄时,在回采到煤层底板时,很容易发生破碎。老底中粒砂岩4.7岩性为中粒、粗粒砂岩,分布稳定。生产实践山西冶金E-mail:第 46 卷支架进行围岩支护,而工作面煤体受断层应力出现超前应力破坏现象,导致煤体内部裂隙发育,采用采煤机破岩后顶板煤岩体很容易出现垮落,造成工作面端面距加大,断层附近煤壁片帮严重。3过断层回采工艺优化3.1优化后的回采工艺为了保证工作面安全快速过 F6 断层带,降低采煤机破岩量,决定对工作面过断层
8、回采工艺进行合理优化,采用深孔预裂与机械破岩联合过断层4。1)通过现场观察发现,F6 断层岩体主要集中在巷道底板往上 2.5 m 范围,首先在回风顺槽煤壁侧施工爆破预裂孔,爆破预裂孔垂直煤壁布置,孔口与底板间距为 1.2 m,钻孔深度为 20 m,直径为 40 mm,钻孔布置间距为 5.0 m。2)爆破预裂孔施工完后,采用风管及时对钻孔内煤削进行清理,并检查钻孔成型情况,钻孔成型直接影响着爆破预裂效果,可采用钻孔窥视仪进行观察,保证钻孔孔壁完好,无塌孔现象。3)钻孔施工完后,对孔底内安装膨胀水泥,安装长度为 0.5 m,并采用炮棍填实,然后炮孔内安装 1 根长度为 1.5 m、直径为 30 m
9、m 的聚能管,聚能管采用PVC 管制成,在聚能管两侧对称布置 1 排聚能孔,孔间距为 0.3 m,直径为 10 mm。4)安装第 1 根聚能管时,保证聚能孔垂直向上,安装好聚能管后,在聚能管内安装 2 支矿用乳化炸药,每支药卷装药量为 0.3 kg,药卷装完后采用水炮泥进行封堵,封堵深度为 0.9 m。5)第 1 根聚能管装药完成后,安装第 2 根聚能管,第 2 根聚能管聚能孔与第 1 根聚能孔垂直布置,且装药方式与第 1 根相同,依次类推,直至聚能孔全部装药完成。6)每根聚能管内安装 1 支毫秒延期电雷管,并采用正向装药方式,雷管脚线采用串联连接方式;所有聚能管装药后开始进行爆破预裂施工,每
10、次爆破 1 个炮孔。3.2支护技术由于受断层影响,在断层带处围岩破碎严重,回采后支架拉架很容易出现煤矸压死支架现象,所以掘进时对断层区采取深孔注浆以及超前支护(见图 1)。1)由于断层侵入区位于顶板往下 1.5 m 范围内煤体,受构造应力影响,该区煤体很容易出现破碎现象,所以需对该区煤体采取注浆加固,注浆孔布置在距顶板 1.0 m 处,且以 30仰角进行布置。2)钻孔深度为 3.0 m,直径为 45 mm,钻孔布置间距为 5.0 m,钻孔施工完后对钻孔内安装注浆软管,并将软管与专用注浆泵进行连接,然后进行注浆施工5。注浆液采用马丽散有机注浆材料,主要成分为马丽散与催化剂,其混合质量配比为 11
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