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1概述
大同煤礦集團(tuán)雁崖煤業(yè)有限公司8302工作面位于井田三盤區(qū),工作面走向長(zhǎng)度為1200m,傾向長(zhǎng)度為220m,回采煤層為二疊紀(jì)下統(tǒng)山西組4#煤層,平均厚度為3.5m。煤層無偽頂,直接頂主要以粉砂巖為主,平均厚度為3.2m,基本頂主要以粗砂巖為主,平均厚度為9.2m。8302工作面采用綜合機(jī)械化回采工藝,截至目前已回采470m。地測(cè)科提供資料顯示,8302工作面回采至462m處位于回風(fēng)順槽13#導(dǎo)線點(diǎn)處揭露一條F3逆斷層,落差為1.7m,傾角為47°,斷層與工作面夾角為18°。F3斷層從回風(fēng)順槽向工作面內(nèi)延伸,影響傾向長(zhǎng)度為57m,走向長(zhǎng)度為64m,斷層巖體主要以粉砂巖及泥巖混合巖體為主,巖體普氏系數(shù)f=4.5,硬度大,且?guī)r體粘結(jié)強(qiáng)度高,破碎難度大。
2以往工作面過斷層回采工藝及問題分析
2.1以往回采工藝
以往綜采工作面在揭露斷層后,多采用松動(dòng)爆破與采煤機(jī)割煤聯(lián)合過斷層施工工藝,具體回采方法如下:(1)工作面完全揭露斷層后在斷層上盤巖體布置松動(dòng)爆破孔,孔深為1.0m,直徑為42mm,炮孔垂直工作面煤壁布置。共計(jì)布置兩排炮孔,炮孔間距為1.0m,第一排炮孔距頂板間距為0.3m,鉆孔間距為2.0m。(2)爆破鉆孔施工完后,依次向鉆孔內(nèi)填裝礦用乳化炸藥及毫秒延期電雷管,每個(gè)炮孔裝藥量為300g,炮孔采用水泡泥封孔處理,封孔長(zhǎng)度不得低于0.5m,煤層允許爆破炮孔數(shù)量為3個(gè)。(3)斷層上盤巖體松動(dòng)爆破完成后,采用采煤機(jī)進(jìn)行割底煤機(jī)破頂巖,單刀割煤深度為0.5m,當(dāng)工作面割兩刀循環(huán)完成后繼續(xù)在斷層巖體施工炮孔并進(jìn)行松動(dòng)爆破施工,依次類推直至工作面完全過斷層帶。
2.2問題分析
(1)回采效率低。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀察發(fā)現(xiàn),每次爆破需施工40~50個(gè)炮孔,鉆孔施工時(shí)間達(dá)3h,爆破時(shí)間為0.8h,按三八工作制每天工作面僅可進(jìn)行三次爆破施工,工作面回采進(jìn)度最多3.0m/d,回采速度慢,效率低。(2)破巖量大,機(jī)械設(shè)備損壞率高。由于F3斷層巖體主要以粉砂巖及泥巖混合巖體為主,巖體硬度大,雖然采用松動(dòng)爆破對(duì)巖體進(jìn)行預(yù)裂,采煤機(jī)破巖量仍然較大,巖體對(duì)采煤機(jī)滾筒損壞嚴(yán)重。8302工作面前期采用該方法過斷層時(shí),共計(jì)更換滾筒截齒72個(gè),損壞滾筒一個(gè),設(shè)備成本費(fèi)用達(dá)87萬元。(3)減少了煤柱回采量。由于F3斷層對(duì)工作面走向影響長(zhǎng)度為64m,采用爆破與采煤機(jī)強(qiáng)行過斷層回采工藝時(shí)預(yù)留底煤量達(dá)1.2萬t,減少了工作面煤柱回采量,減少煤礦經(jīng)濟(jì)效益達(dá)300余萬元。同時(shí)4#煤層屬于高瓦斯且易自燃煤層,強(qiáng)行過斷層時(shí)加大了采空區(qū)遺煤量,工作面回采期間很容易造成采空區(qū)瓦斯超限、煤層自燃現(xiàn)象,威脅工作面安全回采。
3旋轉(zhuǎn)仰斜法過斷層回采工藝研究
3.1旋轉(zhuǎn)回采調(diào)面法
為了提高8302工作面過斷層期間煤柱回采量,減少破巖量,通過技術(shù)研究決定,當(dāng)工作面尾端距斷層5.0m處時(shí)采用旋轉(zhuǎn)回采法對(duì)工作面進(jìn)行調(diào)面,使回采面與斷層面平行。(1)8302工作面安裝型號(hào)為GXW59刮板輸送機(jī),該輸送機(jī)最大允許彎曲角度為1.5°,采煤機(jī)割煤深度為0.8m,所以每隔一刀煤刮板輸送機(jī)允許移動(dòng)直線距離0.830.7msin1.5L==°。工作面液壓支架寬度為1.75m,在允許移溜子范圍內(nèi)安裝支架數(shù)N=30.7/1.75=18,8302工作面共計(jì)安裝132個(gè)支架,所以旋轉(zhuǎn)回采等分?jǐn)?shù)m=132/18=7。(2)以工作面尾端132#支架為第一個(gè)旋轉(zhuǎn)點(diǎn),第二旋轉(zhuǎn)點(diǎn)為114#支架,第三旋轉(zhuǎn)點(diǎn)為96#支架,第四旋轉(zhuǎn)點(diǎn)為78#支架,第五旋轉(zhuǎn)點(diǎn)為60#支架,第六旋轉(zhuǎn)點(diǎn)為42#支架,第七旋轉(zhuǎn)點(diǎn)為24#支架,第八旋轉(zhuǎn)點(diǎn)為4#支架。(3)旋轉(zhuǎn)回采前首先將煤壁調(diào)直,將采煤機(jī)移至114#支架處并向尾部斜切進(jìn)刀,深度為0.8m,工作面下行回采至尾部后空刀返回至96#支架處,然后依次前移114#~132#支架之間刮板輸送機(jī)并進(jìn)行移架。(4)從96#支架繼續(xù)向尾部下行割煤,割煤至尾部后上行空刀返回至78#支架,然后前移96#~132#支架之間刮板輸送機(jī),依次類推直至采煤機(jī)空刀返回至4#支架。在此期間共計(jì)短刀割煤6刀,長(zhǎng)刀割煤1刀,一個(gè)循環(huán)工作面旋轉(zhuǎn)回采進(jìn)度為5.6m。(5)由于F3斷層與工作面夾角為18°,當(dāng)工作面尾端揭露斷層后需繼續(xù)回采17.6m方可完全揭露斷層,所以工作面旋轉(zhuǎn)回采3刀后即可將工作面調(diào)斜,且與斷層面平行。
3.2俯斜法回采工藝
當(dāng)工作面旋轉(zhuǎn)回采后且工作面完全揭露F3斷層后,為了提高斷層上盤煤柱回采量及提高俯斜回采時(shí)減少斷層巖體破巖量,減少采空區(qū)遺煤量,決定留頂煤破底巖進(jìn)行俯斜回采過F3斷層。(1)工作面從頭部向尾部下行割煤至距F3斷層14m處時(shí),調(diào)整采煤機(jī)切割角度,使采煤機(jī)以7°俯角下山回采,如圖2所示。(2)當(dāng)采煤機(jī)下山回采至斷層處時(shí)揭露斷層上盤煤層頂板,此時(shí)及時(shí)調(diào)整采煤機(jī)回采角度進(jìn)行進(jìn)水平煤層回采,依次類推直至工作面完全過斷層帶。(3)工作面在俯斜回采時(shí),嚴(yán)格控制采煤機(jī)截割深度在0.5m范圍內(nèi),割煤完成后及時(shí)進(jìn)行帶壓擦頂移架。(4)由于下山回采時(shí)需預(yù)留斷層下盤頂煤,頂煤厚度為0~1.7m,受煤層結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定性影響,頂煤預(yù)留難度大,很容易造成頂板垮落事故。針對(duì)這種情況,決定采用注漿、撞楔超前支護(hù)進(jìn)行頂煤維護(hù):①下山回采期間在頂煤位置施工一排注漿鉆孔,鉆孔深度為3.0m,鉆孔俯角為7°,間距為2.0m,鉆孔施工完后采用高壓注漿泵向鉆孔內(nèi)注射聚氨酯粘合劑,注漿壓力為1.2MPa;②注漿完成后,在下山回采設(shè)計(jì)頂板位置施工一排撞楔超前支護(hù),支護(hù)體主要為長(zhǎng)度3.0m、直徑30mm的鋼針,鋼針間距為0.5m,超前支護(hù)排距為2.0m,相鄰兩排超前支護(hù)疊加交錯(cuò)布置。
4結(jié)束語(yǔ)
(1)采用旋轉(zhuǎn)回采法使工作面與斷面平行,減少了揭露斷層期間破巖量,降低了機(jī)械設(shè)備故障率。8302工作面在后期過斷層期間共計(jì)更換采煤機(jī)截割齒25個(gè),未發(fā)生滾筒損壞事故,與傳統(tǒng)回采工藝相比可節(jié)約設(shè)備維修費(fèi)用達(dá)57萬元。(2)采用預(yù)留頂煤破底巖俯斜回采工藝,減少了斷層下盤巖體破巖量4728m3,增加煤柱回采量9.2t,減少了采空區(qū)遺煤量,避免了采空區(qū)煤層自燃、瓦斯涌出超限的事故。與傳統(tǒng)強(qiáng)行過斷層回采工藝相比,該方法過斷層時(shí)可使回采效率提高至6.5m/d,提前9d過斷層。(3)工作面俯斜回采時(shí)對(duì)頂煤采取注漿后,提高了破碎頂煤膠結(jié)穩(wěn)定性,使煤體單軸抗壓強(qiáng)度由原來的17.8MPa提高至56MPa,防止頂板垮落事故發(fā)生。同時(shí)采用撞楔超前支護(hù)可對(duì)頂煤進(jìn)行超前維護(hù),保證工作面液壓支架初撐力及工作阻力,提高了支架支護(hù)效果。
【參考書目】
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作者:張嘉安 單位:大同煤礦集團(tuán)有限責(zé)任公司