緩傾斜煤層過地質(zhì)構(gòu)造斷層帶技術研究

關鍵詞：緩傾斜煤層，過斷層，回采，技術研究

Research on Technology of Gently Inclined Coal Seam acrossGeological Faults

Abstract：With thorough understanding and analysis on geological faults and related influential range of recovery of inclined coal seam，taking into account the past experience of going through faults，comparing cost，production and safety，a technical program is put forward forfully mechanized face going through faults quickly and safely when technical tunnel works together with large-diameter deep hole presplittingblasting rock.Research and proposal of parameters such as tunnel layout，advancement and large-diameter deep hole presplitting blasting，make safe recovery of fully mechanized face across faults possible，which could be refered to for minging on gentle inclined coal seamgeological faults.

Keywords：Gently inclined coal seam；Across faults；Recovery；Technology study

1概況

神華新疆能源有限責任公司屯寶煤礦位于準南煤田硫磺溝礦區(qū)西部，北距硫磺溝鎮(zhèn)15km，行政區(qū)屬昌吉市硫磺溝鎮(zhèn)管轄，設計生產(chǎn)能力120萬t/a，主要環(huán)節(jié)能力預留500萬t/a。井田位于阿克德向斜南翼，呈一單斜構(gòu)造。本區(qū)位于天山的北部邊緣強震斷裂帶范圍之內(nèi)，地震活動強度大、頻率高。中侏羅統(tǒng)西山窯組是本井田主要含煤地層，區(qū)內(nèi)主要的可采煤層為4~5#、7#、9~10#、14~15#，各煤層均有分叉和合并現(xiàn)象，但層位較穩(wěn)定，有規(guī)律可循，屬較穩(wěn)定型煤層。目前礦井所采煤層為4~5#，平均厚度約7.4m。4#煤層厚度約2.8m，5#煤層厚度約4.6m，4#與5#煤層間的夾矸厚度0.37～2.2m，平均厚度1.3m。夾矸巖性為粉砂巖、細砂巖。煤層頂、底板巖性均為粉砂巖、細砂巖。該礦首采區(qū)為+850m水平西翼采區(qū)，西翼采區(qū)地層走向北東-南西，傾向北西，傾角10°～24°，東西長約2.3km（由于受F12大斷層影響，該采區(qū)東西實際走向布置長度為1.5km），南北寬約0.6km。

2開采工作面地質(zhì)構(gòu)造情況

屯寶煤礦開采的1152綜放工作面地質(zhì)構(gòu)造復雜，共有大小斷層8條，其中T1、T2、T3、T4和T6斷層對工作面正常開采影響較大。在回采范圍內(nèi)，+918水平巷道共揭露9個斷點，+968水平巷道共揭露10個斷點，斷距在0.5~7.0m間。采區(qū)內(nèi)T1斷層落差3.0m，T2、T3、T4為組合斷層，落差2.6m~7.0m，T6斷層產(chǎn)狀走向68°、傾向338°、傾角79°、落差1.6~3.0m；所有斷層均與工作面斜交，跨度沿工作面推進方向距離為20~226m間，推進長度受斷層影響區(qū)域累計達537m。該工作面以煤機切割回采5#煤層為主，放4#煤層為輔，工作面于2008年12月開始回采，從開切巷起推進到300m時遇到T6斷層。

3工作面過斷層方案

3.1工作面過斷層方案確定

在認真總結(jié)以往過斷層經(jīng)驗及分析1152工作面斷層性質(zhì)及對回采影響范圍的前提下，通過施工成本、產(chǎn)量及安全等多方面進行比較，經(jīng)反復研究，最終決定采取工藝巷配合大直徑深孔預裂爆破巖石方案實現(xiàn)1152綜放工作面安全、快速地通過T6斷層。

3.2施工工藝巷配合大直徑深孔爆破預裂技術

工作面推進至T6斷層位置時，靠下順槽段將處在M5煤層底板巖石層位中，為超前解決工作面推進過程中預爆巖石的問題，在巷道巖石處提前施工超前工藝巷，并在超前工藝巷內(nèi)實施超前預裂爆破，提前預爆斷層處的巖石，消除割硬巖對煤機的損傷，實現(xiàn)工作面快速推進的目標。

3.2.1巷道布置

在+918水平下順槽T6斷層下盤煤巖交接處布置工藝巷。接近斷層位置沿斷層走向布置兩條主工藝巷，兩條主工藝巷間距約20m，在主工藝巷之間布置副工藝巷，兩主工藝巷通過副工藝巷連接，主、副工藝巷皆處在5#煤底板巖石內(nèi)，預裂孔炮眼布置在副工藝巷間的巖柱內(nèi)和主工藝巷以外的巖石中。

3.2.2工藝巷設計

工藝巷的設計以最大限度地減少煤機切割巖石為原則。工藝巷底板標高與采面底板標高相同。主工藝巷1坡度為+12°，長度45m。主工藝巷2坡度為+7°，長度45m。兩主工藝巷平行布置。副工藝巷長度相同，每條長度20m。根據(jù)煤巖的硬度和工藝巷承載能力確定副工藝巷間的煤巖柱為6.0m。為了不使副工藝巷穿過斷層破碎帶，將兩個主工藝巷布置在斷層下盤巖石中。支護采用錨桿加錨索聯(lián)合支護形式，錨桿間排距均為1.0m，巷道頂板采用冷拔絲網(wǎng)支護，兩幫采用菱形鐵線網(wǎng)支護。考慮煤機割鐵錨桿時會產(chǎn)生火花和損壞截齒，巷幫支護錨桿采用玻璃鋼材料錨桿，巷道頂板為預應力錨桿，錨桿直徑18mm，長度2.2m。巷道采用矩形斷面，寬3.0m、高2.8m，掘進斷面積8.4m2。

3.2.3掘進施工

工藝巷施工同時布置兩個掘進面，分別從+918水平下順槽970m處開口施工主工藝巷2以及950m接近T6斷層處開口施工主工藝巷1，當兩條主工藝巷迎頭巖石厚度小于0.6m時停止施工。副工藝巷施工由主工藝巷由里向外依次施工，先施工副工藝巷4，然后依次施工副工藝巷3、副工藝巷2、副工藝巷1。副工藝巷由一組掘進隊施工，另一組將主工藝巷施工到位后停工撤出。工藝巷全部施工完畢后對巷道采用半圓木進行頂板加強支護，防止采面超前壓力使巷道頂板下沉，點柱間距2.0m，布置于巷道中部。

3.2.4大直徑深孔預裂爆破技術

工藝巷施工支護完畢后對副工藝巷間的巖石和主工藝巷外的巖石布置大直徑預裂爆破孔，裝大直徑炸藥預裂爆破巖石，對巖石進行預裂松動，便于煤機截割同時保證煤巖柱的自身支撐強度

3.2.4.1預裂爆破參數(shù)

鉆孔φ75mm，副工藝巷間鉆孔長度15m，其他鉆孔長度30m，當鉆孔見煤時停止打鉆。鉆孔與采面底板平面平行，開孔位置在巖石暴露厚度的中點，鉆孔間距3.0m。使用藥卷規(guī)格φ60mm×300mm×1kg的乳化炸藥，炸藥裝至距孔口6.0m時開始封炮泥，封泥長度3.0m。爆破時每次起爆2個炮孔

3.2.4.2爆破措施

裝藥前用高壓水將孔內(nèi)的煤巖粉清理干凈后，按照先在孔底裝2節(jié)藥卷→裝1節(jié)引藥→裝5節(jié)藥卷→裝1節(jié)引藥→裝5節(jié)藥卷……的順序至孔口6.0m處停止裝藥。裝藥時藥卷間不得有間隙，聯(lián)炮時必須串聯(lián)。在交接班時進行預裂爆破。上班人員下班后切斷采煤工作面所有電器設備電源，在上、下順槽入口處設警戒，禁止任何人員入內(nèi)，然后開始爆破，將已裝藥的炮孔全部爆破完畢后，解除放炮警戒，檢查氣體正常后恢復供電。

4、 1152工作面過斷層方案效果及經(jīng)驗

1152工作面2009年4月9日推進至工藝巷，正式開始過T6斷層，5月11日通過T6斷層，現(xiàn)場實測檢驗結(jié)果如下。

4.1工作面推進速度

加快T6斷層走向68°，傾向338°，傾角∠79°，落差H=3.0m，下順槽+918巷道①副工藝巷②副工藝巷③副工藝巷④副工藝巷序號名稱金額（萬元）備注1工藝巷施工費68 170m×4000元/m2炸藥費用1.45 13元/kg×1120kg3雷管費用0.03 100節(jié)×2.93元/節(jié)4打鉆工資費0.65 72工×90元/工5巷道支護補強費1.1 14m3木材×800元/m3合計71.23經(jīng)實測1152工作面過預裂巖石段時，煤機割巖石時的平均速度為2.4m/min，與割煤速度相同，平均每日推進3.2m，而以往工作面過斷層時平均每日推進約1.5m，比以往工作面過斷層時的推進速度快了1倍。1152工作面過預裂巖石段時平均月進度達到95m，超過了防滅火最低月推進度60m的要求，避免了采空區(qū)發(fā)火的危險。

4.2產(chǎn)量提升

完成產(chǎn)量8.85萬t，平均日產(chǎn)3400t，比以往采面過斷層時的平均日產(chǎn)約1000t提高了兩倍以上，保證了生產(chǎn)任務的順利完成。

4.3機電設備故障影響降低

過斷層期間未發(fā)生因煤機割巖石而造成的變頻器損壞等電氣故障和煤機滑靴斷裂等機械故障。平均每天截齒僅更換8個，比以往采面過斷層時每天節(jié)省截齒20多個，每天節(jié)約費用約3000元，提高了設備完好率，確保了機電設備的安全運轉(zhuǎn)。

4.4工藝巷支護強度的檢驗

開采期間采面超前壓力對工藝巷的影響檢測結(jié)果：頂板下沉量平均為220mm，兩幫移近量平均為410mm，幫頂變形量在支護安全要求的范圍內(nèi)。木支架支護完好，沒有損壞，巷道壓力局部顯現(xiàn)，但對巷道支護影響不明顯。

4.5大直徑深孔預裂爆破技術的效果

副工藝巷之間6.0m寬的巖柱受礦山壓力和預裂爆破的共同作用，巖石呈塊狀層疊有致地排列，裂隙率較大，巖層整體強度大大降低，使煤機切割容易，巖塊能隨煤機切割自行垮落，每塊巖石最大長度不大于0.5m，預裂爆破效果明顯。而在工藝巷以外的深孔預裂爆破因四周無自由面的影響，形成半徑約0.2m的破碎壓縮區(qū)，巖石的硬度在爆破后沒有明顯的降低，裂隙率沒有明顯增加，效果相對不明顯。

4.6安全管理

4.6.1成立過斷層時期領導組織機構(gòu)

全面負責過斷層時期的安全技術管理工作，確保各項安全技術措施落實到位，保證工作面安全、快速、順利通過斷層。

4.6.2通風管理

工藝巷在爆破后，加強對工藝巷的通風管理，防止出現(xiàn)瓦斯積聚及超限現(xiàn)象；在回采期間，煤機割煤經(jīng)過貫通點前，必須對貫通點進行瓦斯檢查，必要時進行瓦斯排放。

4.6.3頂板管理

回采時加強架前頂板管理，及時前移支架進行支護，防止由于工藝巷的超前預爆破對頂板破壞，而造成超端面距不及時支護引發(fā)的工作面片幫冒頂事故。

4.6.4爆破管理

防止超前預爆破中的瞎炮、爆破殘留炸藥或雷管引發(fā)煤機割煤時造成爆破事故。

4.6.5工作面支護工程質(zhì)量管理

防止由于工藝巷及超前預爆破對圍巖造成的破壞，以及受采動影響后，在工作面回采時造成的液壓支架不接頂初撐力不足、登空、倒架、錯架等隱患。

4.6.6貫通安全管理

根據(jù)工作面推進，提前做好貫通安全技術措施，加強貫通前支護、通風等各項管理工作，編制專項安全技術措施。

5過斷層方案取得效益

通過采用施工工藝巷配合大直徑深孔爆破預裂技術，取得了如下經(jīng)濟效益和社會效益。

1）1152工作面過斷層與以往采面過斷層期間相比可多出煤5.0萬t，創(chuàng)造產(chǎn)值500萬元；可節(jié)省煤機截齒520個，節(jié)約資金8萬元（每個截齒154元）；減少對煤機電氣設備的損壞，同比節(jié)省變頻器一套價值18萬元。去掉工藝巷的費用71.23萬元，同比創(chuàng)造經(jīng)濟效益約455萬元。

（2）該方案的實施成功的解決了1152工作面的推進速度問題。較以往同比月推進度增加45m。按解決60m長度（防滅火最低月推進度）占月推進度95m的比例，過斷層期間凈增推進長度為28.42m，折合產(chǎn)量約3萬t，創(chuàng)效益300萬元。

（3）作業(yè)人員不再進入工作面巖壁側(cè)打眼、裝藥、放炮，同時消除了工作面放炮帶來的安全隱患及對機械設備的損傷，杜絕了片幫傷人事故的發(fā)生，實現(xiàn)了工作面連續(xù)掘進、連續(xù)生產(chǎn)。

（4）由于工作面推進度的加快，避免了采空區(qū)自燃發(fā)火的危險，杜絕了因自燃發(fā)火而造成的封閉工作面和采空區(qū)瓦斯爆炸等事故的發(fā)生。

（5）伴隨著機械、電氣設備的故障率的降低，人員進入工作面煤壁側(cè)搶修設備次數(shù)、時間也相應地減少，因作業(yè)環(huán)境不安全因素傷人的風險率也大大降低。

6過斷層方案需改進的方面

6.1工藝巷的支護改進

一是將幫頂支護用的金屬網(wǎng)改為阻燃的塑料網(wǎng)。使用金屬網(wǎng)煤機割煤時金屬網(wǎng)極易纏繞在煤機滾筒上對煤機滾筒、截齒造成損傷，并且可產(chǎn)生火花危險。改為塑料網(wǎng)對滾筒及截齒損傷小，纏繞物也易于處理，同時可消除火花的產(chǎn)生。二是將頂板金屬錨桿改為可拆卸錨桿或玻璃鋼錨桿，消除采煤機截割時火花的產(chǎn)生和降低對截齒的損壞。

6.2巷道掘進時間調(diào)整

同時由于工藝巷是在回采期間施工的，造成掘采串聯(lián)通風，建議工藝巷施工應在掘進期間完成，在回采前實施超前預裂爆破，則可消除回采期間施工產(chǎn)生的隱患。

6.3下順槽巷道形式改進

由于工作面下順槽原為皮帶巷，工作面過斷層期間切割落巖后，下順槽除皮帶運輸無其他可運輸方式，造成巖石直接有由皮帶運出，最終混入煤中，影響煤質(zhì)。建議在新布置下順槽皮帶巷時采用機軌合一布置形式，在過斷層期間，煤機切割后垮落的巖石可采用斗車裝載后經(jīng)軌道運輸，做到煤、矸的分裝分運，有效提高煤質(zhì)，降低灰份。

6.4保證工藝巷施工定位的準確

要求工藝巷底板標高與采面底板標高相同。在施工工藝巷前做好地質(zhì)勘察工作，可采用鉆探等工藝提前探明斷層以準確掌握斷層處頂、底板情況，確保工藝巷施工的方位和坡度，最大限度降低工作面切割巖石量，防止工作面與工藝巷貫通時出現(xiàn)底板錯差。

7結(jié)論

工藝巷配合大直徑深孔預裂爆破巖石安全、快速過地質(zhì)構(gòu)造斷層帶方案。避免了每個班次都要進行打眼、爆破巖石，生產(chǎn)工序多，安全管理難度大，無法實現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)的缺點。提高了工作面的效率，有效保證了工作面安全、快速地通過斷層，實現(xiàn)安全高效發(fā)展。

 

參考文獻：

［1］賈悅謙.綜采技術手冊［S］.煤炭工業(yè)出版社，2006.

［2］李星宇.煤礦綜采新工藝新技術與機械設備選型使用手冊［S］.中國知識出版社，2005.