水峪煤业综放工作面过断层探讨.pdf

2023年6 月Jinneng Holding Science and Technology50第3 期（总1 9 1 期）晋控科学技术水峪煤业综放工作面过断层探讨张军安（山西汾西矿业集团水峪煤业，山西孝义0 3 2 3 0 0）摘要：针对山西汾西矿业集团水峪煤业6 1 1 5 工作面过断层期间的顶板支护难点，首先对工作面过F16断层期间的推采工艺、周期来压步距、矿压显现强度进行分析，发现过断层期间周期来压步距明显缩短，液压支架工作阻力异常升高，煤壁片帮深度增加，支架前方煤体冒落，支护难度显著增加。为此针对性制定了端面煤岩体控制指标参数，并强化液压支架的检修维护，大幅减少了支架围岩事故，保障了安全生产关键词：工作面过断层；周期来压；端面煤岩体控制；支架故障检测中图分类号：TD823文献标识码：A文章编号：1 0 0 0-4 8 6 6(2 0 2 3)0 3-0 0 5 0-0 3D0I:10.19413/ki.14-1117.2023.03.013断层是井工煤矿采掘过程中常见的且影响比较突出的地质构造，断层构造区域往往应力状态复杂、煤岩体较为破碎，且容易导通含水层，给采掘安全造成较大威胁。对于采煤工作面来说，过断层期间的关键性工作之一就是对矿压显现规律进行研究，并针对性实施工作面顶板管理、端面煤岩体支护等措施，特殊情况下还需要实施断层带注浆、漏冒区马丽散封堵等措施。国内众多学者及煤矿工程师经过大量的研究实践，总结出工作面过断层常用的平推硬过、挑顶卧底、降低采高、搬家跳采等工艺，还研究了过断层期间上部载荷变化、超前支承应力、顶板垮落方式、周期来压强度等矿压显现特征，分析得出过断层期间来压频繁、端面煤岩体易漏冒、上覆荷载分布异常等围岩控制难点-2 1。而针对山西汾西矿业集团水峪煤业（简称“水峪煤业”）6115综放工作面，因其孤岛工作面的布置特征，且回采范围内分布有较多落差较大的断层，需要对工作面过断层期间的矿压特征进行分析，并采取有效的围岩控制方案，从而保障工作面过断层期间的安全生产。1工程概况水峪煤业是汾西矿业集团的主力矿井，位于山西省孝义市兑镇境内，最新核定的生产能力为4 0 0 万t/年。6 1 1 5 工作面主采1 0+1 1*煤层，采用综合机械化放顶煤工艺回采，全部垮落法管理顶板，煤层平均厚度7.7m，平均倾角6，采放比为1:1.6 5，工作面倾向长度160m，走向长度1 3 2 0 m。工作面为双巷布置，材料顺槽进风，运输顺槽回风。工作面顶板条件比较典型，煤层上有一层厚度不超过0.3 m页岩伪顶，然后为厚度8m的灰岩直接顶，裂隙较发育，直接顶以上为厚度11m老顶，泥岩岩性，顶板垮落后不易形成稳定的承载结构。工作面中部使用ZF4000/14.5/29型四柱掩护式液压支架进行顶板支护，最小支撑高度1.4 5 m，最大支撑高度2.9 m，支架中心距1.5 m，额定工作阻力4000kN，初撑力不低于2 6 MPa，泵站供液压力为3 1.5MPa，安全阀开启压力为3 5 MPa。6115工作面回采范围内断层较多，断层落差在2.7m以上的有三条，最大落差在5.3 m，落差在1.5 m以下的断层十余条。断层无论大小，均可能造成本就裂隙发育的端面煤岩体破碎化，常规情况下破碎顶板可由支架进行支护，但遇到来压显现，支架可能发生歪斜、前倾或后仰等异常工况，支架的护顶效果就会变差，端面破碎的煤岩体就可能发生冒落，上部破碎煤顺势冒落，直至发生严重的冒顶事故。6 1 1 5 工作面在前期过F13断层时就发生过较为严重的冒顶片帮事故，最大冒高超过3 m，连续冒顶范围1 2 台支架，片帮情况也十分严重，现场实拍的冒顶片帮情况如图1所示。张军安：水峪煤工作面过断层探讨业综做2023年第3 期51(a）工作面片帮情况（b）工作面端面冒顶情况图16115工作面片帮冒顶事故2工作面过F16断层矿压规律分析2.1过F16断层推采工艺F16断层是6 1 1 5 工作面范围内落差最大的一条逆断层，落差为5.3 m，与工作面呈斜交状态，如图2 所示，重点对工作面过F16断层期间的矿压显现规律进行研究分析。工作面设计采用超前起坡、挑顶不卧底的过断层工艺 3-4,运顺顺槽将超前回风顺槽5 0 m揭露断层，在回风顺槽距离断层线3 2 m处即提前起坡，仰采角度设计为1 2，在保证整个工作面成一条直线的情况下，循环进度需要依次调整，全煤段按照8 0 0 mm推进，半煤段按照6 0 0 mm推进，全岩段按照4 0 0 mm推进，其余部位依次调整循环进度。运输顺槽回风顺槽F16断层三TuOS超前起坡点图2F16断层与工作面斜交状态示意图2.2过断层期间周期来压步距及来压强度分析在研究过程中，在工作面5#、2 5*、4 5、6 5*、8 5、1 0 5*处共设置了6 个测站，统计了过断层前、过断层中、过断层后共5 个周期来压的来压步距情况，整体情况是，过断层前和过断层后的平均来压步距分别为2 9 m、23m，与正常推采时的来压步距基本一致,但第二、第三、第四次周期来压处于过断层期间，周期来压步距分别为1 8 m、1 3 m、1 4 m，来压步距明显缩短，平均缩小幅度达到4 2.3%，说明受断层影响，顶板完整程度降低，使周期来压更为频繁，将对本就破碎的断层带煤岩体造成更多扰动，增大了顶板支护难度。表1过断层5 个周期来压步距统计表第1 次周第2 次周第3 次周第4 次周第5 次周测站期来压期来压期来压期来压期来压步距/m步距/m步距/m步距/m步距/m5261612132225*291714152345301916142465*281815122285*3020101524105281791421平均2918131423在研究过程中，重点对过断层期间的矿压显现强度进行了分析。首先，断层上方的老顶在原岩状态下已被断层分割，完整性被破坏，导致承载性能变差，提前发生垮落，表现为周期来压步距缩短；第二，由于老顶的承载性变弱，破断的直接顶及老顶载荷，甚至上部本应由老顶承担的那部分载荷，均被施加到“支架围岩”系统内，表现为液压支架工作阻力异常升高，端面煤岩体更加破碎，煤壁塑性区向深部发展，造成煤壁片帮深度增加，支架前方煤体冒落，支护难度显著增加；第三，工作面部分液压支架出现异常工况问题，如安全阀频繁开启、抬头、低头、顶梁台阶偏大等，导致支架位态差、支护效果降低，在顶梁上部煤体漏空后甚至还造成支架液压值偏低的假象；四是来压期间工作面的液压值分布不均匀，工作面中部、中上部、中下部的支架液压值一般要高于两端支架的液压值，说明工作面中部来压比较强烈3端面煤岩体控制方案设计及应用根据矿压实测及显现特征分析结论，制定6 1 1 5 工作面支架围岩稳定性控制的指标标准为：关键指标端面距应控制在0.5 m以内，顶板状态差时控制端面距不超过0.3 m；液压支架初撑力控制要高于2 6 MPa，当表显值超过3 8 MPa后，需要开启安全阀，避免损坏液压支架；除此之外，还需要控制顶梁台阶及支架间距在0.1 m以内，并保障顶梁俯仰角在5 以内。同时，还应提高液压支架管理水平及操作水平，避免频繁操作支架，注意使初撑力尽量一次达标，以防对顶板造成额外扰动，当出现端面煤岩体漏冒时应及时进行接顶，避免漏冒顶事故扩大。JinnengHoldinenceandTechnology2023年第3 期52晋控科学技术当工作面处于过断层期间时，更应重视端面煤岩体控制及支架围岩系统整体支护效能的发挥，并针对性地采取特殊支护措施，例如，加强矿压观测，摸清工作面周期来压步距及矿压显现特征，在来压前加大端头及超前区域的支护密度，提高工作面整体支护强度；周期来压期间适当缩小控顶距，适当缩小一次放顶距，对大面积悬露的坚硬老顶，必须提前采取人工强制放顶，减轻来压对工作面的冲击；还可以采取小进度循环方式,加快工作面推进速度，保持煤壁完整，使其最大限度发挥支撑作用；保证支护质量符合要求，特殊情况下及时支设贴帮柱。同时，还应加强液压支架的检修维护，使支架始终保持良好的工作状态，提高支护能力。根据一轮专业的液压泄漏故障检测，发现全部1 0 7 台液压支架中共存在5 4 处故障，故障中尤其以不易发现的内泄漏故障居多，主要分布在立柱进回液管、单向阀处、各类连接件处，尤其在立柱上下腔接口处的泄漏故障更为高发，因为比较隐秘，不易发现并及时处置，使支架长期带病作业，难以发挥出应有的支护效能。经过专业的故障检测及指导，液压支架各类故障得到维修，检修后工作面端面煤岩体控制效果良好。4结语工作面过断层期间顶板管理是一项重点工作，也是难点工作，断层期间若不能针对具体的矿压显现特征选择合理的顶板支护方案，就有可能产生负面效果。顶板管理必须从支护设计、现场施工、监测监控、巡检维护、管理考核各个环节入手，保证顶板时时安全、时时可控。基于以上支护原则及要求，本文首先介绍了6 1 1 5 工作面的工程概况，分析了其顶板控制难点及发生过的事故情况，重点研究了工作面过F16断层期间的推采工艺、周期来压步距、矿压显现强度等内容，进而制定了明确的端面煤岩体控制指标参数，要求重点加强液压支架的检修维护，提高支架支护效能，从而更好地保障安全生产工作。参考文献高飞.增子坊矿厚煤层采动及断层影响下矿压显现规律 煤,2 0 2 2,31(05):37-39.2梁晓敏,郝兵元,王东亮.综放工作面过斜交逆断层矿压规律研究 矿业研究与开发,2 0 2 1,4 1(0 3):6 3-6 9.3韩磊,孟祥瑞,张小康.采动影响下断层附近矿压显现规律的相似模拟试验研究 J.煤炭工程,2 0 1 4,4 6(0 7):7 4-7 7.4彭苏萍,孟召平,李玉林.断层对顶板稳定性影响相似模拟试验研究J.煤田地质与勘探,2 0 0 1(0 3):1-4.作者简介张军安（1 9 7 9-），男，工程师，主要从事煤矿生产方面的工作，E-mail:。收稿日期：2 0 2 2-0 7-1 0Discussion on Passing Fault in Fully Mechanized Caving Face of Shuiyu Coal IndustryZhang Junan(Shuiyu Coal Industry of Shanxi Fenxi Mining Group,Xiaoyi Shanxi 032300)Abstract:In view of the difficulties of roof support during crossing faults in the 6115 working face of Shuiyu coalindustry,Shanxi fenxi mining group,the push mining technology,periodic weighting step and strength of strata behaviorduring the working face crossing F16 fault were first analyzed,and finds that the periodic weighting step is obviouslyshortened and the working resistance of hydraulic support is abnormally increased,with the increase of coal wall spallingdepth and coal caving in front of support,the difficulty of support is obviously increased.Furthermore,the control indexparameters of the coal and rock mass at the face end and the maintenance of the hydraulic support are established,whichcan greatly reduce the support-surrounding rock accidents and ensure the safety in production.Key words:Working face passing through fault;Periodic pressure;coal-rock mass control at face end;supportfaultdetection