综采工作面安全过断层回采工艺研究.pdf

总第2 11期2023年第8 期生产实践摘要：基于王家岭煤矿18 10 4工作面回采期间揭露F6断层时，工作面回采效率低、安全系数低、回采难度大等技术难题,通过技术研究，对工作面过断层回采方案进行分析，对过断层期间提出了仰斜回采工艺等若干项安全技术措施。通过实际应用效果来看，合理选择过断层方案后，提高了工作面过断层回采速度，减小了破岩量，采取合理安全技术措施后，保证了工作面回采安全，取得了显著应用成效。关键词：综采工作面；断层；施工方案；安全措施中图分类号：TD355118104工作面概述山西王家岭煤业有限公司18 10 4工作面北部为石塘村、石塘河保护煤柱及设计的开拓运输巷，南部73m为井田边界，西部为设计的18 10 6 回采工作面，东部为18 10 2 工作面采空区。18104工作面设计长度为16 16 m，倾向长度为185m，回采煤层为山西组4号煤层，煤层呈黑色，呈油脂光泽或沥青光泽,均一结构,参差状平坦状断口，块状构造，韧性和硬度较大，平均视密度1.44g/cm，以暗煤为主，亮煤次之，镜煤呈线理或透镜体。4号煤结构复杂，一般含2 4层夹研，主要以炭质泥岩、砂质泥岩为主，区内煤层为二叠系山西组，煤岩层总体近南北走向，呈向西倾斜的单斜构造，煤层产状260 2 7 5，倾角为2 9，平均倾角6 左右。该工作面沿南北走向布置，局部有起伏。掘进过程中，顶板、两帮局部较破碎，裂隙较发育，在18 10 4胶带顺槽掘进到13 2 0 m处时底板有出水现象，涌水量约1.5m/h,后期逐渐减小至0.1m/h1-31。回采时应注意水文、地质异常情况的发生。以往地质工作和目前采掘活动均未发现本井田岩浆岩侵入现象。煤层顶底板岩性如表1所示。2工作面地质现状及回采方案2.1工作面地质现状18104工作面地质构造相对简单，主要以断层为主，通过工作面物探资料显示，工作面回采区域内不存在大型陷落柱、断层等，断层主要以中小型断层为主，工作面采用综合机械采煤机工艺，截至2 0 2 1年7月13 日工作面已回采46 0 m，工作面回采前期共计揭露5条正断层，断层平均落差为1.2 m，平均倾角为52,其中位于3 12 m处揭露的F3断层落差为1.8 m，倾角为57,断层对工作面回采影响相对较大，工作面前期在过断层时主要采用直接破岩法回采工艺。收稿日期：2 0 2 3-0 1-0 9第一作者简介：卢义（19 6 9 一），男，毕业于太原理工大学采矿工程专业，本科，高级工程师，主要从事煤矿安全生产管理工作。山西冶金ShanxiMetallurgy综采工作面安全过断层回采工艺研究卢义，田王健2（1.山西王家岭煤业有限公司，山西忻州0 3 6 6 0 0；2.晋能控股山西科学技术研究院有限公司，山西太原0 3 0 0 0 6）文献标识码：A顶、底板岩石名称厚度/m老顶中粒砂岩6.13位于伪顶或煤层之上，随放顶后较容易直接顶砂质泥岩5.0伪顶炭质泥岩0.7直接底高岭质泥岩0.9老底中粒砂岩4.718104工作面回采至47 0 m处预计揭露1条F6断层，断层落差为2.2 m，倾角为59，工作面前进方向为上升盘，揭露的断层岩体为中粗砂岩,岩体硬度为48 MPa,岩体平均厚度为2.14m,断层对工作面回采影响长度为7 4m。2.2回采方案的对比分析为了保证工作面安全快速过断层区，王家岭煤矿对工作面过断层常见回采方案进行探析。2.2.1方案一：直接破岩法直接破岩法是综采工作面常见的过断层回采工艺,直接破岩法分机械破岩和爆破破岩4,机械破岩直接采用采煤机进行破岩，爆破破岩对断层区岩体采取爆破施工。机械破岩时,对于落差小于1.0 m的断层，采用该方法回采效率相对较高，但是对于落差在1.5m以上断层，且断层岩体硬度达40 MPa时，直接破岩难度相对较大。2.2.2?方案二:新开切巷法新开切巷法指的是在工作面前方新开一条切巷，然后进行搬家，直接将断层甩人采空区，该方法适用于断层落差在5.0 m以上且断层影响工作面长度大的情形。但是采用该方法时增加了工作面掘进工程量,增加了工作面搬家次数，同时当断层对工作面在倾向方向上的影响长度较小时，会造成工作面煤柱损Total 211No.8,2023DOI:10.16525/14-1167/tf.2023.08.066文章编号：16 7 2-1152(2 0 2 3)0 8-0 16 9-0 2表118 10 4工作面回采煤层顶底板岩性表位于直接顶之上，为中粒砂岩、粗粒砂岩，不易垮落，一般只发生缓慢沉降跨落，其中很少含煤节理裂隙发育，多含煤线，在该工作面赋存极不稳定，随采动及时冒落，坚硬系数（f=1.52.5）,属较软岩层位于煤层之下，岩性主要为高岭质泥岩、泥岩、砂质泥岩组成，厚度较薄时，在回采到煤层底板时，很容易破碎岩性为中粒、粗粒砂岩，分布稳定岩性特征山西冶金170E-mail:第46 卷失量大，采空区遗煤量大，加大了采空区管理难度。3.0002.2.3方案三：仰俯斜回采法根据工作面断层岩体走向，适当调整工作面回采坡度，减少采煤机破岩量，提高工作面煤柱回采率。利用该方法过断层时，可提高工作面回采效率，降低设备故障率，但是采用仰俯斜回采时需预留顶煤，造成顶煤预留难度大,很容易出现顶板破碎、垮落,需对顶煤采取加固支护措施。2.3回采方案的确定通过三种方案的对比分析，18 10 4工作面在过F6断层时，决定采用仰俯斜回采工艺，具体回采工艺如下：1)由于F6断层为正断层，工作面回采方向为断层上升盘，所以工作面过断层时采用仰斜回采工艺，首先采用采煤机对工作面伪斜进行调整，保证工作面底板、煤壁以及顶板平直。2)工作面伪斜调整完后，从断层区46 0 m处利用采煤机以10 仰角上山掘进，采煤机上山回采时采用前滚筒破岩、后滚筒扫底的方式回采5,采煤机破岩深度为 0.5m。3)当工作面上山回采2 0 m且完全揭露断层上盘煤体后，及时调整采煤机割煤方向，再继续近水平回采。工作面在仰斜回采预留顶煤期间，应采用超前移架方式，保证对顶煤的及时支护。3仰斜回采期间围岩支护为了保证18 10 4工作面仰斜回采期间围岩稳定性，防止顶板破碎、煤壁片帮，决定对仰斜段顶板及煤壁采取合理有效的支护措施。3.1顶板超前支护及注浆加固技术1)对工作面进行仰斜回采时，首先在工作面顶板施工1排超前支护钻孔，超前支护深度为3.0 m，直径为3 0 mm钻孔布置仰角为10，钻孔布置间距为0.5m，超前支护孔施工完后在钻孔内安装1根钢针，钢针长度为3.2 m,直径为2 8 mm,钢针由中空状钢管制成，钢针端头为销尖状。2)顶板超前支护施工完后，在距顶板1.0 m处施工1排注浆孔进行加固，注浆孔深度为5.0 m，直径为45mm，钻孔布置间距为2.0 m，如图1所示，钻孔布置仰角为12，钻孔施工完后保证钻孔终孔位置位于顶煤往上2.0 m范围内，撞楔超前支护平面布置如图2 所示。3)注浆孔施工完后对孔内进行高压注浆，注浆液采用聚氨酯有机化学材料,注浆压力为3.0 MPa,完成注浆后继续回采，当工作面回采2.0 m后施工第2 排超前支护，回采5.0 m后施工第2 排注浆孔并进行注浆施工，依次类推直至工作面完全揭露上盘煤体。工作面破碎顶板OL500钢针02.000综采工作面煤壁图118 10 4工作面仰斜段顶板支护示意图(mm）3.2顶、帮被动控制方法1)支架搭梁支护（见图3-1)：当断层区顶板出现间断且不连续破碎时，可预先将相对稳定处支架前移，在破碎顶板处两侧支架顶梁上搭接工字钢梁，然后再移架，从而保证破碎顶板处支架能够接顶。2)掏窝搭梁法：当顶板破碎严重时，可在煤壁处进行掏窝施工,然后将工字钢一端插入窝内,另一端搭接在支架顶梁上方且采用锚索起吊，如图3-2 所示，钢梁长度为2.0 m，搭梁间距为2.0 m，搭梁完成后方可继续移架。工字钢梁液压支架液压支架顶板赋碎风液压支架3-1支架搭梁支护图3 断层区破碎顶板被动支护平面示意图4结论1)工作面过F6断层时,采取仰斜回采工艺后,减少了采煤机破断层上盘岩体量，通过现场观察发现，可减少破岩量达2 48 7 m，提高了煤柱回采量，减少了采空区遗煤量，防止采煤机煤层自燃现象发生。2)采用仰斜回采工艺后，工作面回采速度由原来的3.2 m/d提高至6.8 m/d,加快了工作面过断层回采速度；同时采用仰斜回采后，采煤机破岩量减少，采煤机故障率由原来的14%降低至5%，采煤机维修费用减少了47.5万元。3)对仰斜回采期间顶板采取合理有效的联合支护技术后，工作面后期回采过程中未发生断面冒漏事故，煤壁片帮现象得到了有效控制，保证了工作面安全高效回采。参考文献1付雪峰.屯宝煤矿综采工作面过断层技术研究与应用J.煤矿机械,2 0 2 2(7):12 8-12 9.2王冰.大采高综采工作面过断层技术研究J.煤2 0 2 2（6）：6 5-6 7.3曹凯.综采工作面过断层采煤技术分析J.矿业装备，2 0 2 2（3)：38-39.(下转第17 3 页）00S第一排钢针00S00S撞楔超前支护2.000注浆钻孔（每孔控制顶板范围不得低于3 m）煤第二排钢针O0STTOOST1000超前1.0 m布置撞模超前支护平面布置图图2 撞楔超前支护平面布置图(mm)梁窝工字钢梁液压支架板破碎区液压支架Q液压支架3-2垂直煤壁架棚控制顶板法梁窝作铺索2023年第8 期邹建柏，等：湿法炼锌过滤系统的生产改进173带底部的积渣基本不存在,更加环保，降低了含锌物料外排的可能。2 0 2 1 年全年未发生一起因堆积造成的皮带热过载跳电事故，过滤工序的正常生产得到进一步稳定。2 0 2 1 年锌浸出渣含水质量分数均值18.31%，低于考核值1 8.5%，同比去年减少0.3 2%。2020年锌浸出渣产出量平均每月1.1 5万t,2021年浸出渣产出量月均1.2 4万t，同比提产8%，为锌系统提产奠定稳定的基础。2)生产成本降低主要表现为人工成本和天然气消耗两方面的显著降低。因积矿过多2 0 2 0 年平均每2个月就需要安排抢修性清理积矿，每次清理约耗费4个人工，且日常生产中每天清理需要2 个人工，2021年只需1 个人工即可，2 0 2 1 年全年节约人工389个，人工成本按1 2 0 元人计算，全年节约成本389人1 2 0 元人=46 6 8 0 元。2 0 2 0 年千燥锌浸出渣时，干燥过程中1 t锌浸出渣含水质量分数每降低1%，需消耗2 456 6.9 8 m天然气，2 0 2 1 年锌浸出渣含水质量分数同比2 0 2 0 年减少0.3 2%，共可节约97561.3m天然气。4结论1)通过更换絮凝剂及其浆化设备、增加清理皮带Production Improvement of Zinc Hydrometallurgy Filtration System(Jiangxi Copper Lead Zinc Metal Co.,Ltd.,Hukou Jiangxi 332500,China)Abstract:The high moisture content of the zinc leaching residue in the filtration process of a certain lead zinc company in Jiangxi leads to alarge amount of natural gas used in the dry zinc leaching residue,and a large amount of flocculant used,leading to an increase in the TOCcontent of the zinc system.In response to this issue,the use of flocculant automatic pulping equipment,replacement of flocculants,andadjustment of production,Zinc hydrometallurgy filtration system is improved,which has significantly reduced the cost of flocculants and thewater content of zinc leaching slag through the improvement of the zinc hydrometallurgy fitration system.At the same time,the production ofzinc leaching slag has been ensured,achieving the goal of energy conservation and efficiency enhancement.Key words:zinc hydrometallurgyi zinc leaching residue;flocculant(上接第1 7 0 页)4郭亮亮.候村煤矿构造应力区综采工作面过断层防治水技术J山东煤炭科技，2 0 2 2（5）：1 8 0-1 8 2.5张云天.综采工作面过断层架前漏顶技术研究J.煤炭科技，Study on Safe Fault Crossing Mining Technology in Fully Mechanized Mining Face(1.Shanxi Wangjialing Coal Industry Co.,Ltd.,Xinzhou Shanxi 036600,China;2.Jinneng Holding ShanxiAcademy of Science and Technology Co.,Ltd.,Taiyuan Shanxi 030006,China)Abstract:Based on the technical problems such as low mining efficiency,low Factor of safety,and difficult mining when the F6 fault wasexposed in the 18104 working face of Wangjialing Coal Mine during the mining period,through technical research,the mining plan of theworking face across the fault was analyzed,and several safety technical measures such as inclined mining technology were proposed duringthe fault crossing period.From the practical application results,it can be seen that the reasonable selection of the fault crossing plan hasincreased the mining speed of the working face through faults,reduced the amount of rock fragmentation,and ensured the mining safety ofthe working face after adopting reasonable safety technical measures,achieving significant application results.Key words:fully mechanized mining face;fault;construction plan;safety measures黏连渣的设备和更高要求的工艺操作等改进生产的措施，最终达到降低生产成本、优化生产指标等目的。2)生产改进后，皮带底部堆积矿浆减少9 5%，皮带底部的积渣基本不存在，更加环保。3)2021年锌浸出渣含水质量分数均值1 8.3 1%，低于考核值1 8.5%，同比去年减少0.3 2%；2 0 2 0 年锌浸出渣产出量平均每月1.1 5万t，2 0 2 1 年浸出渣产出量月均1.2 4万t，同比提产8%。4)人工成本和天然气消耗显著降低，全年节约成本46 6 8 0 元，节约天然气9 7 56 1.3 m。参考文献1毛剑涛，荆旭冬.基夫赛特炉蒸汽干燥机改造实践J.铜业工程，2021(5):49-50.2谢庭芳,罗永光，马爱元.絮凝剂对锌电解沉积的影响研究J.矿产综合利用，2 0 2 1(3）：1 49-1 51.3张昱琛，窦小征.絮凝剂使用量对湿法炼锌生产的影响J.中国有色冶金，2 0 1 5,44(1)：9-1 1.4银红然.湿法铜冶炼中离絮凝剂的工业试验及生产实践J.世界有色金属，2 0 1 8(7)：6-7,5廖永全.NXZ-25高效深锥浓密机的改造J1.磷肥与复肥，2016,31(10):37-39.（编辑：武倩倩）Zou Jianbai,Tan Jianjun2022(2):26-30.Lu Yi,Tian Wangjian?（编辑：武倩倩）