综采工作面过断层回采工艺优化_孔庆宇.pdf

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；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 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：2022-08-08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 mm 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。3）注浆时注浆压力为 1.5 MPa，单孔注浆量为40 kg，在注浆过程中应随时观察顶板煤岩体情况，若浆液从煤体裂隙渗出时，要及时停止注浆，并采用水炮泥进行封堵。4）注浆完成后，为了防止在回采过程中出现应力超前破坏现象，在工作面设计顶板位置处布置 1 排密集超前支护，采用钢针作为超前支护体，钢针长度为 3.5 m，直径为 30 mm，钢针布置间距为 0.5 m，每排共计布置 50 根，每 2 根支护体端头采用夹板、锚杆进行固定。4结论截至 2021 年 6 月 21 日，8103 工作面已过 F6 断层区，通过对断层区回采工艺进行优化，取得了显著应用成效：1）采用深孔爆破预裂后，大大降低了断层区岩体强度，通过现场观察发现，爆破预裂后采用采煤机破岩时，岩体破碎率提高了 55%，大块矸石率减少了40%，降低了采煤机破岩难度，采煤机故障率降低了80%，设备维修费用减少了 60 余万元。2）通过对断层区岩体采取注浆以及超前支护后，工作面后期过断层期间未发生顶板破碎、煤壁片帮现象，大大提高了断层区围岩整体稳定性以及抗压能力，有效防止支架倒架、倾架现象的发生。参考文献1闫志杰.综采工作面高效过断层技术研究J.煤矿现代化，2022（3）：65-68；72.2韩鹏.综采工作面过断层顶板控制技术J.山东煤炭科技，2022（4）：112-114.3张云天.综采工作面过断层架前漏顶技术研究J.煤炭科技，2022（2）：26-30.4张加利.综采工作面过断层安全技术措施的应用J.能源与节能，2022（3）：126-127.5武艳龙.综采工作面过断层破碎区顶板控制技术研究J.山西冶金，2022（1）：22-24.（编辑：武倩倩）图 18103 工作面过断层区联合支护平面示意图浅注浆孔回风顺槽超前支护体预裂爆破孔夹板锚杆8103 工作面F6 断层：H=2.4 m571962023 年第 5 期气润滑隐蔽油路图进行设计，图 12-1、12-2 为侧支撑组件底座油路设计图，图 13-1、13-2 为侧支撑组件滚轮轴油路设计图。4结论对 Z-High 连轧机侧支撑进行国产化实施，主要有以下几方面的价值：1）大幅降低备件采购成本，国产备件仅为进口备件价格的 1/4。2）通过仅有的外形示意图，建立侧支撑受力的数学模型、进行内部油路详图及外形尺寸测绘，为更好地掌握进口设备关键备件的核心技术提供了理论基础及实用基础。3）打破了国外技术壁垒；本项技术对进口设备核心备件国产化具有广阔的应用和推广价值。参考文献1李彩虹，罗德兴，杨海波.新十八辊轧机静压下辊系变性分析J.中国冶金，2008，18（2）：22-25.（编辑：苗运平）图 11现场油气润滑实验13-2Z-High轧机侧支撑组件滚轮轴轴承润滑油路设计剖视图图 12-1Z-High 轧机侧支撑油气润滑隐蔽油路图设计图 12-2Z-High 轧机侧支撑油气润滑隐蔽油路图设计13-1Z-High 轧机侧支撑组件滚轮轴分布油路设计剖视图Research and Application on Localization of Side Support System for Z-High ContinuousRolling MillZhang Wei（Shanxi Taigang Stainless Steel Co.,Ltd.,Taiyuan Shanxi 030000）Abstract:In response to the unique Z-High side support structure of the 2#RAP continuous rolling mill,which is a core patentedcomponent in China,Taigang only has a schematic diagram of the appearance and the high cost of purchasing imported spare parts,andin-depth research was conducted on the structure of the side support using on-site production technology.A systematic analysis of the rollingforce of the new Z-High continuous rolling mill was conducted and compared with theoretical verification,providing a theoretical applicationbasis for the rolling process.Through experiments and on-site surveying,effective manufacturing drawings for the side support of Z-Highrolling mill have been formed,achieving the localization of imported key core components and breaking foreign technical barriers.Key words:Z-High continuous rolling mill;side support;associated gas;localizationOptimization of Mining Technology for Fully Mechanized Mining Face Passing ThroughFaultsKong Qingyu1,Dang Qi2（1.Jinneng Holdings Coal Industry Group Wangjialing Coal Industry Company,Xinzhou Shanxi 036600;2.Jinneng Holdings Shanxi Academy of Science and Technology(Taiyuan)Technology Company,TaiyuanShanxi 030006）Abstract:Based on technical difficulties such as large rock breaking volume,severe equipment wear,and slow mining speed during theperiod of 18103 working face passing through F6 fault,after technical research,deep hole blasting pre-splitting is adopted for the rock massin the fault area of the working face,and advanced pipe shed combined support is adopted for the roof during the period of working facepassing through fault.From the practical application results,it can be seen that the optimization of the mining process through faults in theworking face has reduced the difficulty of mechanical rock breaking,accelerated the advancing speed of the working face,and improved thestability of the roof by adopting support for the fault area roof of the working face,ensuring the safety of mining during the fault period,andachieving significant application results.Key words:fully mechanized mining face;fault;mining process;optimize applications（上接第 115 页）孔庆宇，党其：综采工作面过断层回采工艺优化197