东滩煤矿3308综放工作面过断层破碎带技术及安全措施研究.pdf

东滩煤矿 3308 综放工作面过断层破碎带技术及安全措施研究冯冉（兖矿能源集团股份有限公司 东滩煤矿,山东 邹城 273500）摘要：为解决复杂条件影响下工作面过断层破碎带问题，以东滩煤矿 3308 综放工作面为工程背景，基于现场复杂工程条件及设备条件，综合考虑巷道加固方式、超高区段装顶改造方式、采煤机截割层位控制等方面，设计制定了合理的工作面过断层破碎带方案，并成功应用于现场，有效的保障了工作面正常回采，提高了煤炭资源回收率。关键词：断层破碎带；超前提刀；资源回收中图分类号：TD263文献标志码：A文章编号：1009-0797（2023）05-0001-05Research on Technology and Safety Measures of 3308 Fully Mechanized CavingFace Passing Fault Fracture Zone in Dongtan Coal MineFENG Ran（273500，）Abstract:In order to solve the problem that the working face passes through the fault fracture zone under the influence of complex conditions,the 3308 fully mechanized top coal caving working face of Dongtan Coal Mine is taken as the engineering background,based on the complexengineering conditions and equipment conditions on site,and comprehensively considering the roadway reinforcement mode,thesuperelevation section roof installation and transformation mode,the shearer cutting layer control and other aspects,a reasonable working facepassing through the fault fracture zone scheme is designed and formulated,and successfully applied to the site,effectively ensuring the normalmining of the working face,Improve the recovery rate of coal resources.Key words:fault fracture zone；advance knife lifting；resource recycling0引言受资源枯竭影响，部分矿井为最大回收煤炭资源，开始对断层破碎带遗留煤柱进行回采 1。工作面过断层破碎带期间的巷道提前加固方式、采煤机截割层位及运输机状态控制、顶板管理等方面具有较大难度 2-3，稍有疏忽很可能造成工作面大面积冒顶、漏顶甚至歪架等生产事故，从而严重制约工作面生产安全 4-5。东滩煤矿 3308 综放工作面过 FQ23、3F80 断层破碎带是一个较为典型的过大落差断层带实例，FQ23（H=5.0 m）正断层和 3F80（H=2.23.0 m）逆断层为伴生组合构造，贯穿整个工作面，断层面拉伸牵引，煤层变薄，最薄处仅 1.6 m，沿工作面推进方向延伸约 106 m，断层破碎带区域工程地质条件相当复杂。为保证工作面安全通过断层破碎带，在大量现场调研及以往累积经验的基础上对工作面过断层破碎带技术及安全措施研究是非常必要的，技术及安全措施若成功应用于生产现场，将对保障资源回收率及促进安全生产具有重要意义。1工程概况3308 综放工作面位于三采区北部，北邻 3309 综放工作面（未准备），南邻 3307 综放工作面采空区，西邻东滩煤矿与兴隆庄煤矿井田边界煤柱，东邻三采区轨道巷。工作面标高：-486.4-558.6 m，平均-522.5m。工作面轨顺长 1 629.5 m、运顺长 1 639.5 m，倾斜长 357.1 m，面积 581 992 m2，可采储量 528.7 万 t。3308 综放工作面运顺侧推进至距切眼 788.5 m时，在运顺端头揭露 FQ23 正断层，该断层落差 5.0m，向机尾方向延伸，贯穿整个工作面，推进至 860.6m 时在轨顺侧通过；工作面运顺侧推进至距切眼793.1 m 时，在运顺端头揭露 3F80 逆断层，运顺揭露断层落差 2.2 m，向机尾方向延伸，贯穿整个工作面，推进至 894 m 时在轨顺侧揭露，轨顺揭露断层落差3.0 m。工作面过 FQ23、3F80 断层平面图见图 1。图 13308 综放工作面过 FQ23、3F80 断层平面示意图2023 年第 5 期煤矿现代化第 32 卷13308 工作面安装 205 组液压支架，包括 7 组端头支架（运顺端头 4 组、轨顺端头 3 组）及 198 组中间支架。工作面采煤机为 MG750/1860-WD 型双滚筒电牵引采煤机，前部输送机选用 SGZ1000/2400 型刮板输送机，后部输送机选用 SGZ1000/2400 型刮板输送机，运输巷布置 1 台 PLM3500 破碎机、1 台SZZ1200/700 型桥式转载机及 1 部 DSJ140/260/4500 型带式输送机，整个工作面设备可靠性强，检修工作量较小，能满足综放工作面过断层破碎带要求。2巷道加固及装顶方案2.1轨顺断层影响区域加固2.1.1轨顺原支护方式巷道采用梯形断面锚网带与锚索联合支护，巷道净宽 5 100 mm，净高 4 100 mm，钢带正常段排距800 mm，巷道顶帮铺联金属菱形网，每排钢带打 7根22 mm2 400 mm 的左旋无纵筋树脂锚杆，锚杆间排距 750 mm800 mm，隔排在巷中施工锚索梁，选用型号22 mm8 000 mm 锚索。两帮每排各布置 5 根20 mm2 200 mm 锚杆，其中第 1 至第 3 根锚杆使用 2 100 mm140mm7 mm 钢带，第 4 和第 5 根配合使用 1 200mm140 mm7 mm 钢带；回采侧隔排布置 2 根22 mm8 000 mm 锚索，沿空侧隔排布置 1 根22 mm5 000 mm 锚索、1 根22 mm3 000 mm锚索和 2 100 mm140 mm12 mm 梯形钢带。3308工作面轨顺原支护方式示意图如图 2 所示。图 23308 工作面轨顺原支护方式示意图2.1.2加固方案回采帮采用加密布置锚索、钢带进行加固。由隔排布置 2 根22mm8 000mm 锚索加密至每排布置，锚索采用 1 800 mm140 mm12 mm 梯形钢带连接，上部锚索布置在顶板肩窝下 1 000 mm 位置，锚索位置、钢带长度可根据巷道帮部变形情况、应力显现位置等进行适当调整。3308 轨顺帮部加固方式示意图如图 3 所示。图 33308 轨顺帮部加固方式示意图2.2超高区段装顶改造1）在巷道超高区段两帮标出装顶改造假顶线，按照 3 500 mm1 200 mm 间排距打注锚索，锚索采用22 mm5 000 mm 锚索，排距 1 200 mm，每排2 根，距离采帮肩窝 0.5、4 m 位置各 1 根，锚索打注后锚索头距离底板高度 3.5 m。2）在打注锚索上安装 3.75 m 长 12 号矿工钢，钢下部采用锚索锁具配合 200 mm200 mm10mm 托盘固定，矿工钢下平面距离底板高度 3.8 m。3）在工字钢上打设 2 排纵向木垛装顶，顺巷道方向按照间距 1 m 平均布置 4 根板梁，前后板梁之间搭接不小于 200 mm，最下层板梁采用双股 8 号铁丝与矿工钢捆绑固定；垂直巷道方向采用 1.4 m 道木，间距 1.2 m（布置在矿工钢上方，若锚索影响安装可适当调整），2 排木垛间隔 34 层采用 3 根 1.4 m 道木抄手连接。道木、木垛规格、间排距可根据现场情况适当调整，木垛上部使用背板、木刹与顶板接实。4）运顺 8083 号收尺点超高区段，断层通过前10 m 在回采帮及顶板提前加注煤岩体材料，加注间距不大于 5 m。工作面轨顺装顶方式如图 4 所示。图 43308 工作面轨顺装顶方式示意图2023 年第 5 期煤矿现代化第 32 卷23过 FQ23、3F80 等断层破碎带方案3.1断层基本情况3.1.1顶底板岩性直接顶：粉砂岩，厚 2.53.5 m。基本顶：粉、细砂岩互层，厚 12.5 m。直接底：铝质泥岩发育不稳定，厚度 0.31.6 m;粉砂岩，厚 1.92.2 m。基本底：细砂岩，厚 5.0 m，较硬。3.1.2FQ23 断层工作面运顺侧推进至距切眼 788.5 m 时，在运顺揭露 FQ23 正断层，落差 5.0 m，向机尾方向延伸，贯穿整个工作面，推进至 860.6 m 时在轨顺侧通过。FQ23 断层沿工作面走向延伸距离为 72.1 m，工作面揭露断层后，每推进一刀断层面向机尾方向延伸 3.6 m。依据两顺槽实测和 3307 工作面实际通过断层情况预计分析：FQ23 正断层将造成煤层拉伸变薄，预计拉伸带煤厚 1.53.7 m。3.1.33F80 断层工作面运顺侧推进至距切眼 793.1 m 时，在运顺端头揭露 3F80 逆断层，运顺揭露断层落差 2.2 m，向机尾方向延伸，贯穿整个工作面，推进至 894 m 时在轨顺侧揭露，轨顺揭露断层落差 3.0 m。3F80 断层沿工作面走向延伸距离为 100.9 m，工作面揭露断层后，每推进一刀断层面向机尾方向延伸 2.6 m。3.1.4FQ13 物探断层预计工作面运顺侧推进至 851.3 m 时，在面内69 号架揭露 FQ13 正断层，落差 05 m，为近走向断层，走向延伸距离为 177.5 m，落差先增大后减小。3.1.5FQ12 物探断层预计工作面运顺侧推进至 881.8 m 时，在面内46 号架揭露 FQ13 正断层，落差 05 m，为近走向断层，走向延伸距离为 160.8 m，落差先增大后减小。3308 工作面断层产状表见表 1。表 13308 工作面断层产状表3.2对比 3307 工作面 FQ23、3F80 断层通过情况3.2.13307 工作面基本情况工作面位于三采区中部，北邻 3308 综放工作面，南邻 3306 工作面采空区，轨顺长 1 599.7 m、运顺长 1 573.3 m，倾斜长 244.3 m，面积 364 108.2 m2，可采储量 333.8 万 t。3.2.2断层通过情况3307 综放工作面运顺侧分别于 11 月 8 日、13日揭露 FQ23 正断层（H=5.05.5 m）和 3F80 逆断层（H=3.0 m），受断层牵引拉伸影响煤厚变薄，断层下盘全岩区域最多达 26 个支架，（割底板岩石，3 煤直接底铝质泥岩厚 0.91.6 m，其下为粉砂岩），断层上盘丢底煤 5.71.3 m，对回采影响较大，11 月23 日通过两断层。3.3施工方法3.3.1过 FQ23、3F80 断层施工方法1）两端头揭露断层面前 10 m，提前在断层面前后 5m 范围加注煤岩体加固材料。随断层面向机尾方向延伸，面内揭露宽度超过 5 m 的破碎带时，对煤壁及顶板进行局部加注煤岩体加固材料。加注高度不低于支架 1 m，深度不小于煤壁向前 3 m，并加强临时支护。2）两端头揭露断层面前 10 m，端头 10 组支架开始上双层金属网，根据顶板状况每硐或每两硐上一根不小于 3 750 mm 工字钢，工字钢探出端头最外侧支架不少于 1.5 m。3）运顺 FQ23、3F80 断层影响区域巷道沿推进方向为 3上坡，面内煤层倾角约 38；运顺断层面揭露前 15 m，30 号架至机头按照 68逐步提刀并顺应好巷道顶底板截割。4）面内断层揭露后，断层面向机尾方向超前4050 组支架提刀，提刀角度 68。断层面向机头方向根据煤层变化，减小提刀角度并逐步沿3 煤底板截割。3.3.2过 FQ13、FQ12 物探断层施工方法1）工作面揭露断层前，加强 4075 号架范围顶板管理，面内揭露宽度超过 5 m 的破碎带时，对煤壁及顶板进行局部加注煤岩体加固材料。加注高度不低于支架 1 m，深度不小于煤壁向前 3 m，并及时上钢、上网加强支护。2）两断层与工作面近似垂直，在面内位置相对比较固定，且均为物探断层，揭露断层前不再超前提刀，沿断层上盘煤层底板截割，断层揭露后，根据断2023 年第 5 期煤矿现代化第 32 卷构造名称走向（）倾向（）倾角（）落差（m）性质面内延展长度（m）影响回采长度（m）FQ23182272505.0正36372.13F802223123823逆368100.9FQ12128386505正169160.8FQ13131416005正189177.53层实际揭露落差及时调整截割层位。3）严格控制割矸量，割底矸量不大于 2 m，并顺应煤层自然倾角截割。4过断层破碎带一般技术要求4.1采高控制为有效控制断层面前、后顶板，断层面前、后10 组支架采高控制在 3.40.1 m，顶板完好时支架要升实并达到初撑力，因顶板破碎无法达到初撑力的支架，必须与相邻支架衬平，相邻支架不出现错茬（不超过顶梁侧护板高的 2/3）。工作面顶板割平，不出现伞檐、台阶，两端头顶（底）板与顺槽顶（底）板顺平，严禁出现大于 200 mm 的台阶。工作面煤壁割直、顶底板割平，严禁任意加大或降低采高，确保液压支架接顶严实。4.2支架状态控制严格控制支架支撑状态，顶梁接顶严实，支架前梁（伸缩梁）梁端至煤壁顶板垮落高度不大于 300mm，后柱不能高于前柱。正常顶板条件下，支架顶梁前端（前梁）要有效接顶，支架顶梁与顶板最大仰俯角不大于 7；支架垂直顶底板，歪斜角不大于 5。架前浮煤必须及时清理。支架底座箱下不得有浮煤，不得出现底座箱无故上翘现象。底座箱前不得有超过 0.5 m 的大块煤矸。顺槽支架有效接顶，保持顶梁基本平整，严禁出现单个支架立柱全部一边倒、单个支架不接顶现象。4.3工作面顶板控制顶板破碎、片帮区域及时拉移超前支架支护顶、帮，防止出现顶板事故；当顶板破碎难以控制时，在顶板破碎区域上网、工字钢、板梁辅助维护顶板。随时观察好断层附近支架的顶板状况，当出现漏顶、片帮量增大现象时，应及时上工字钢及金属网维护好顶板，防止诱发顶板事故。调整好支架状态，相邻支架顶梁平整，不得有明显错茬（不超过顶梁侧护板的 2/3），支架不挤不咬，顶板破碎时相邻支架要升平，严禁出现前低后高现象。4.4采煤机速度控制采煤机在断层区域截割时，安排专人紧跟煤机伸前探梁、打护帮板或拉移超前支架。在断层区段截割时，煤机割矸过多会对煤机产生较大的冲击负荷，因此，煤机在割矸区域截割时要根据实际情况控制好牵引速度，速度不得大于 2 m/min。煤机截割矸石较硬区段，必须及时检查煤机各部位螺栓紧固、机刀损坏、油位等情况。4.5处理歪架措施在生产过程中，应保证工作面断层区域的工程质量，支架中心距偏差不超过 100 mm，侧护板全部伸出打开，侧护板间隙不超过 100 mm，保持支架不歪、不咬、不挤。一旦出现上述情况，必须及时调整移架顺序，使用支架调底千斤顶及支架侧护板进行调架。支架调整不好，严禁工作面强行推进。调整支架施工要求：1）工作面生产期间重点对歪斜区段支架角度进行测量，一硐一量。歪斜支架拉移时必须及时使用支架调底千斤顶及支架侧护板进行调架，拉移时必须2 人或 2 人以上人员配合操作，严禁单人拉移歪斜支架。2）移架前必须将架前卫生清理干净，否则严禁移架。3）严格保证工作面移架顺序，工作面移架采取分段移架，从有架间距的支架开始移架，严禁从无架间距的区域开始移架。4）检修班必须保证歪斜区域支架侧护板正常使用。4.6处理顶板破碎措施端头顶板破碎时，工作面每推进一个循环，在端头支架与顶网之间上木板梁或工字钢加强支护。端头片帮严重时，可在支架顶梁上穿接木板梁或工字钢架走向抬棚进行超前维护。工作面大范围顶板破碎区域，采用分段截割、集中拉移支架方式推进，并及时上工字钢或加注煤岩体加固材料，尽量减少空顶时间。处理顶板冒落超高时，要有专人观察顶板状况，采取从一侧向另一侧维护顶板，不准多头同时进行。顶板破碎区域移架，应首先检查顶板情况，确定正确的移架顺序。移架时应尽量停止前部运输机，开机移架时应有专人看护闭锁，发现顶板冒落难以控制时立即闭锁运输机，防止漏矸埋压运输机。移架操作人员站在支架前、后柱之间的行人踏板上操作，防止移架过程中顶板冒落煤、矸涌出伤人。移架时，人员面向煤壁，如果顶板冒顶煤、矸有可能涌入支架，应立即躲避。4.7上金属网、联网措施1）上金属网、联网等施工前，首先检查支架的工作状态，发现支架存在自降现象时，必须进行处理，2023 年第 5 期煤矿现代化第 32 卷4处理完毕后方可进行施工。2）工作面上网期间，顶板破碎、有片帮危险处，对顶板超高区域及时上倾向板梁或其他支护材料。在相邻支架护帮板下压一块板梁，并伸到将要上网的支架煤壁下护住煤壁，再收回护帮板上网，如片帮距离较远，使用护帮板及板梁、工字钢够不到煤壁时，可紧贴煤壁支设护帮单体，将板梁放至单体里侧进行腰帮，并使用双股铁丝将板梁和单体绑在一起，必要时可将金属网固定在护帮板固定耳子上，再使用单体、板梁进行腰帮处理。3）割煤期间，超前煤机截割位置收回护帮板，用护帮板或葫芦吊好网，确保吊网牢固可靠，保证煤机顺利通过，防止截割时受振动落网。4）严禁将金属网吊在液压胶管上。煤机牵引和拉移支架时，要严防割网、撕网及穿网现象发生，一旦发生应及时进行补联。煤机截割过程中，煤机前后5 组支架范围架前严禁有人，防止煤机割网时伤人。5）拉移支架时，支架要完全脱离网子，防止拖网、插网。上料要 2 人协作进行，密切配合，将板梁或工字钢托牢，并注意站位，防止被支架护帮板或板梁挤伤，必须将板梁或工字钢固定在金属网上。上料期间专人监护支架，禁止上料与操作支架同时进行。上料结束确认人员全部从架前撤离后，方可操作支架。操作支架要由熟练的支架工进行操作，操作支架要缓慢进行，确保准确无误。5过断层破碎带安全注意事项1）人员进入运输机作业时，必须严格执行“敲帮问顶”制度。“敲帮问顶”时使用长度不小于 2.0 m 的专用找顶工具，找顶时 2 人配合，1 人负责找顶、1 人负责监护，检查确认退路畅通，确保顶、帮无问题后方可进入运输机作业。2）人员进入运输机作业，必须严格执行“停送电”、“喊话报名”制度，电工停电后现场施工人员将附近的闭锁电话闭锁、挂牌、上锁，钥匙由本人随身携带。3）加强设备检修。支架不得出现自降现象，确保对顶板的有效支护；煤机割矸震动较大，加强对煤机电气的检修，防止出现线路虚接现象，损坏的机刀及时更换，防止磨损机刀座；每天安排专人检查前、后部运输机和转载机链条、联接环，确保设备的完好。4）在煤机滚筒上、下 5 m 范围作业时，必须将煤机停电并分离滚筒离合，作业过程中要注意观察顶板情况，防止煤壁片帮或架间漏煤（矸）伤人。煤机司机及收护帮板人员佩戴好防护眼镜，煤机司机站在支架前、后柱之间的行人踏板上操作煤机。使用好煤机机身护板，煤机运行时，任何人不得在煤机机身范围内的架前停留或从架前通过，防止机身上滚落煤、矸伤人，其他人员需要通过时停止牵引采煤机或从支架内通过。当煤机上行割煤时，如煤机进料口被大块煤矸卡住，阻碍煤机运行时，应立即闭锁前部运输机，严禁强行开机，防止出现断链事故。6总结3308 综放工作面过断层破碎带期间顶板控制良好，未发生较大片帮冒顶事故，证明了过断层破碎带方案的有效性，也为复杂条件下综放工作面过复杂断层破碎带积累了宝贵的现场经验，有效促进了工作面过断层技术的发展，保障了工作面生产安全。参考文献：1 徐晚生.厚煤层综放工作面过断层施工工艺研究J.山东煤炭科技，2020（9）.2 侯长青.综放工作面过断层构造带开采技术探讨 J.煤.2020，29（8）.3 李甄.厚煤层综放工作面过断层的技术及应用J.内蒙古煤炭经济.2018，（20）.4 王海川韩世勇宋小科.综放工作面过断层期间破碎顶板管理J.煤.2018，27（1）.5 王安顺.综放工作面直接过断层技术及安全措施D.内蒙古煤炭经济.2016（7）.作者简介：冯冉（1988），男，山东济宁人，2013 年毕业于山东科技大学采矿工程专业，本科，工程师，现从事采煤技术管理工作。（收稿日期：2022-12-26）2023 年第 5 期煤矿现代化第 32 卷5