(恒源股份公司钱营孜煤矿 安徽宿州)
【摘要】受地质构造影响,综采工作面在回采过程中会遇到断层构造,断层构造的出现会给工作面回采带来安全、技术、工程量等方面的问题,本文系统的探讨了综采工作面精准过断层的方法与技术,并结合钱营孜煤矿W3225回采工作面即将通过的DF71(逆)断层产状,提出通过该断层的方案与技术,以期对现场顺利安全通过断层起到一定指导作用。
【关键词】综采工作面;断层
一、断层概况:
DF71逆断层(147°∠20~45°,H=15m)。该断层为走向断层,自机巷向工作面切眼方面延伸,并逐渐歼灭,预计在W3225工作面呢延伸650m,导水性弱。
该断层于2014年12月4日在W3227工作面回采期间已揭露,该断层在工作面内走向范围延伸285m。具体情况见下图:
二、地质探查:
为查明DF71逆断层在W3225工作面内落差,控制其位置及延展情况,在W3225机巷设计2组共计4个探查孔,工程量301m。施工顺序依次为C1→C2→D1→D2,终孔位置以钻孔过32煤层10m为准。
三、过断层方案
根据断层性质、落差、地质条件、装备水平等综合因素,矿井提出三种方案过该断层,分别如下:
方案一:重型强力煤机滚筒截割+机巷深孔预裂爆破
方案二:布置上提机巷,甩掉断层影响部分区域
方案三:施工下改造机巷
三种方案比较如下:
表2 W3225工作面过DF71逆断层方案比较
项目 | 方案一 | 方案二 | 方案三 | |
安全 | 施工 | 无 | 上提机巷沿断层面掘进,巷道顶板破碎,安全管理难度大 | 下改造机巷托煤顶段65m,施工难度大,安全管理难度大 |
防灭火 | 无 | 工作面停产期间需采取防灭火措施 | 工作面停产期间需采取防灭火措施 | |
通风 | 无 | 施工上提机巷时与工作面串联通风,工作面需要停产 | 施工下改造机巷时与工作面串联通风,工作面需要停产 | |
工作面 | 回采托煤顶段存在掉顶风险 | 工作面停产期间,煤帮需进行封闭,工作面支架及两巷单体初撑力巡查、设备维护、两巷维护均需投入人力 | 工作面停产期间,煤帮需进行封闭,工作面支架及两巷单体初撑力巡查、设备维护、两巷维护均需投入人力 | |
技术 | 新技术应用 | 深孔预裂;托煤顶段注化学浆加固顶板 | 无 | 无 |
出煤系统 | 系统顺畅 | 增加一部胶带输送机与两部链板机,系统环节多 | 系统顺畅 | |
经济 | 掘进工程量(m) | / | 510 | 317 |
掘进工期(月) | / | 3 | 3.5 | |
掘进队伍(支) | / | 1 | 1 | |
回采煤量(万吨) | 78 | 74 | 79.2 | |
回采矸石量(万吨) | 14.7 | 7.9 | 13.1 | |
增加设备 | / | 胶带输送机一部(2×400kw),两部链板机 | / | |
W3225工作面停产时间(天) | / | 120 | 120 | |
全年矿井产量(万吨) | 400 | 364 | 355 |
根据以上三个方案的优缺点比较,从安全、新技术应用以及经济效益方面考虑,方案一都有较大优势,因此推荐方案一、即重型强力煤机滚筒截割+机巷深孔预裂辅助平推硬过。
四、过断层工艺
在实际回采过程中,采煤机更换了重型强力滚筒,未采用机巷深孔预裂爆破,引进ZYJ-420/200架柱式液压回转钻机,在工作面断层揭露段打中深孔进行爆破辅助工作面平推硬过断层。
过断层期间,工作面紧跟煤层上下盘回采,自下盘往上盘截割时提前挑顶、提车、破顶,截割下盘顶板泥岩,留底板煤底,避免截割上盘底板岩石。自上盘往下盘截割时需要刹底、落车、破底,截割下盘顶板泥岩。提车坡度不大于18°,超前7架衬车,以正好衔接上盘煤为准。工作面保持10-15架为全岩,上下盘过渡段倾角为10-14°。
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五、装备保障
在过DF71断层期间先后应用了重型滚筒配套硬岩截齿+架柱式液压回转钻机等装备,效果良好,截割矸石时,采煤机震动幅度较原滚筒小,岩石被磨成粉状,减小了大块矸石的数量,为安全高效生产提供了保障。
(一)重型滚筒配套硬岩截齿
1、滚筒配套:每个滚筒共安装68个截割截齿和12个断面截齿,使用截割截齿型号为HR170LRDHF35,齿靴型号为U170K225R,端面截齿型号为U135。
2、更换截齿数量对比:
(1)9月份:
原滚筒平均更换U95截齿20个/天,单价198元;平均更换齿套1个/天,单价 365元,月度消耗600个截齿,30个齿套,合计129750元。
重型滚筒:自9月4日至30日共27天更换U170截齿168个,平均更换截齿7个/天,单价345元,月度合计57960元。节约71790元。
(2)10月份:
原滚筒平均更换U95截齿20个/天,单价198元;平均更换齿套1个/天,单价365元,月度消耗500个截齿,25个齿套,合计108125元。
重型滚筒:自10月7日至31日共27天更换U170截齿256个,平均更换截齿10个/天,单价345元,月度合计88300元。节约19825元。
(3)11月份:
当使用液压钻机打眼时,日消耗截齿数量不超过20个;当使用风锤打眼时,日消耗截齿超过50个。
(二)YTZ-420/200型架柱式液压回转钻机
替代传统凿岩机进行中深孔打眼爆破作业。工作面坚持连续爆破,即使岩石为软岩也进行爆破,对断层影响段进行预裂,一方面减少了普通打眼放炮破矸带来的安全隐患,另一方面减少了过断层对机电设备的损坏,从而提高工作面回采的效率。
六、现场管理
(一)定期进行探查。每周施工底板探煤眼,每日绘制工作面断层剖面图,分析断层变化趋势,工作面紧跟断层上下盘煤进行回采,减少全岩段架数。
根据探煤数据预测断层的变化趋势,从而控制工作面的角度,保证断层面向机头段紧跟上盘煤,减少顶板三角煤厚度,杜绝顶板片漏;断层面向机尾段跟下盘煤,破顶留底煤。上、下盘煤过渡段大幅度衬车,形成一个-15°左右的上坡,既减少了全岩段的架数(保持在10-15架之间),又确保采煤机、运输机等设备在合理的工况条件下运行,保证了工作面的推进度。
在机巷回采至J17点以前,工作面为仰采,角度约4°,断层影响范围段每刀煤约刹底100mm;在机巷回采至J17点以后,机巷转为13°的下山,工作面内断层至机头段转为俯采,每刀煤刹底约200mm,为防止运输机向机巷窜动,及时调整支架架型,自机头向机尾抵车,并辅以3:1甩机头方式回采,使工作面快速刹底,及时跟住下盘煤层,快速减缓了断层范围的坡度,且很好的控制了运输机的下窜,保证了机巷人行道宽度符合规定。
(二)完善管理制度。制定《W3225工作面过断层期间管理规定》十五条,从割煤、移架、推溜、跺袋等方面进行了规定。
(三)加强设备检修。一方面完善净化水配比装置,增加了2道篮式过滤器,每旬清洗乳化液泵箱,加强软化水装置使用维护管理,缩短滤芯、滤棒更换周期,增大乳化液配比浓度,改善了供液质量,从而延长了液压支架各千斤顶的使用寿命。另一方面加大对三机设备的检修力度及管理制度落实,将每种机电检修的任务承包给个人,落实到个人。
七、取得效果
通过上述措施的落实,该工作面过DF71断层较为顺利,效果明显。
1、精准度较高:将工作面实际揭露矸石云图同设计方案进行比较
2、安全效果好:过断层打眼爆破作业未发生安全事故。
3、生产较高效:将W3225工作面过断层期间回采产量同W3227工作面进行比较,见下表。
表 工作面推进度及产量列表
工作面名称 月份 | W3227工作面 | W3225工作面 | |||
推进度 | 产量 | 推进度 | 产量 | ||
2015年1月 | 84m | 243825t | |||
2015年2月 | 70m | 174724t | |||
2018年8月 | 145m | 278346t | |||
2018年9月 | 115m | 235179t | |||
2018年10月 | 120m | 230772t | |||
2018年11月 | 135m | 236881t | |||
作者简介:潘小兵,男,安徽安庆人,2006年毕业于安徽理工大学采矿工程专业,采矿工程师,现任钱营孜煤矿采煤二区区长,主要从事采煤(安装、拆除)安全生产技术管理工作。
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