3601综采工作面过断层回采工艺优化.pdf

532023 年第 8 期王天柱：3601 综采工作面过断层回采工艺优化3601 综采工作面过断层回采工艺优化王天柱（中检集团公信安全科技有限公司，山东 枣庄 277000）摘 要 为了保证陈蛮庄煤矿 3601 工作面快速过 F4 正断层，减少上盘煤柱损失率，控制断层区围岩失稳现象，提出了俯斜回采工艺及“注浆+聚氨酯纤维网+迈步式组合锚索”等联合支护加固技术。回采工艺优化后断层区煤柱回采率达 95%，减少采空区遗煤量，有效控制了俯斜段顶板破碎现象，取得了显著应用成效。关键词 综采；断层；俯斜；支护 中图分类号 TD353 文献标识码 B doi:10.3969/j.issn.1005-2801.2023.08.018Optimization of Mining Technology for the 3601 Fully Mechanized Mining Face Passing Through FaultsWang Tianzhu(China Inspection Group Public Trust Safety Technology Co.,Ltd.,Shandong Zaozhuang 277000)Abstract:In order to ensure that the 3601 working face of Chenmanzhuang Coal Mine passes through the F4 normal fault quickly,reduce the loss rate of the hanging coal pillar,and control the instability phenomenon of the surrounding rock in the fault area,a combined support and reinforcement technology such as oblique mining technology and grouting+polyurethane fiber mesh+step type composite anchor cable is proposed.After optimizing the mining process,the recovery rate of coal pillars in the fault area reached 95%,reducing the amount of coal left in the goaf,effectively controlling the phenomenon of roof fragmentation in the oblique segment,and achieving significant application results.Key words:fully mechanized mining;fault;oblique;support收稿日期 2023-01-01作者简介 王天柱（1989），男，山东滕州人，2015 年毕业于中国矿业大学矿业工程专业，硕士研究生，工程师，现就职于中检集团公信安全科技有限公司，从事煤矿安全生产检测检验工作。王天柱：3601 综采工作面过断层回采工艺优化1 概述陈蛮庄煤矿 3601 工作面位于 3600 胶带上山、3600 轨道上山以东，3204 工作面采空区以南，DF40 断层以西，井田边界保护煤柱、3 层煤露头煤柱以北。3601工作面走向长12561291 m，平均1273 m；倾向长 116146 m，平均 130 m。工作面开采石炭二叠系山西组三层煤，煤层倾角 27 36，平均32。煤层总厚 23.5 m，平均厚度 2.8 m，属结构简单较稳定的中厚煤层，普氏硬度系数 f=0.18。3601 工作面采用走向长壁后退式一次采全高采煤方法，工作面回采至 870 m 处在 53#64#支架前方煤壁揭露 F4 正断层，断层落差为 2.0 m，倾角为52，断层侵入煤体后造成上下盘煤体出现空间位移，增加回采难度。表 1 3601 工作面回采的 3#煤层顶底板岩性表顶底板情况岩石名称厚度/m岩石特性基本顶粉砂岩8.2灰色，质硬，滑面明显，局部破碎且见垂直裂隙，易风化直接顶细砂岩5.2白色，细粒状结构，质硬，含大量石英晶体，局部见方解石直接底细砂岩1.5灰色，细沙粒状结构，互层状，以砂岩为主，夹粉砂岩，见植物碎片化石基本底泥 岩4.7灰黑色，泥质结构，与煤接触面为碳质泥岩，破碎易风化2 工作面原回采工艺及优化2.1 工作面原回采工艺存在的问题3601 工作面揭露断层后，工作面采用前行破岩法过断层，但是通过实际应用效果来看，强行破岩542023 年第 8 期过断层时主要存在以下问题：1）采煤机磨损严重。以往强行破岩过断层时，当工作面回采在断层上盘时需破上盘直接顶细砂岩，岩体硬度高、破岩量大，导致采煤机截齿磨损量大、截割电机负荷大。统计发现，工作面前行破岩推进 6.0 m 共计磨损截齿 129 个，截割电机烧毁一台，直接经济损失 47.2 万元。2）采空区遗煤量大。3601 工作面采用强行破岩过 F4 断层，上盘煤柱损失量大，每回采一刀留底煤量达 75 t，随着工作面推进遗留的底煤直接甩入采空区内，造成采空区遗煤量大，很容易造成采空区发火现象。同时，下盘煤柱回采时矸石量大，增加了原煤洗选负荷。3）回采效率低。由于受断层影响，工作面过断层区围岩破碎严重，支架在断层区移架困难，煤壁片帮严重，端面距加大，导致工作面过断层时推进速度慢，平均回采速度不足 1.4 m/d，且回采安全系数低，断层区局部支架出现倒架、歪架现象。2.2 回采工艺优化为了解决传统回采工艺主要存在的问题，提高断层区煤柱回采效率，决定对断层区回采工艺进行优化，提出了俯斜回采工艺1-5。1）3601 工作面下行割煤超前断层 25 m 开始俯斜回采，回采俯角为 5，进入俯斜回采区域时调整采煤机上滚筒扫煤高度及扫底深度，使工作面底板以 5下山角布置。如图 1。图 1 3601 工作面过 F4 断层俯斜回采剖面示意图（mm）2）俯斜回采时，需留断层下盘顶煤，预留最大厚度为 2.0 m，俯斜段采煤机切割深度为 0.5 m，当采煤机俯斜回采 25 m，揭露断层上盘煤体顶底板后，再次调整采煤机割煤角度，以近水平角度回采。3）由于俯斜回采时需破断层下盘底岩，底板岩体为细砂岩，岩体单轴抗压强度为 4050 MPa，岩体硬度高，采用采煤机割煤时破岩难度大，很容易造成采煤机损坏现象，决定对底岩采用松动爆破破岩法。4）当工作面俯斜回采 10 m 后，底岩厚度达 1.0 m 时，对底板岩体布置一排松动爆破孔，爆破孔深度为 1.0 m，直径为 35 mm，爆破孔与底板成 80夹角布置，布置间距为 1.5 m。5）松动爆破钻孔施工完后，对钻孔内安装矿用抗水性乳化炸药，每个钻孔填装一支（装药量为300 g），以及一支毫秒延期电雷管，钻孔孔口采用水炮泥进行封堵严实，封堵深度不低于 0.5 m。3 断层区顶板支护设计3601 工作面过断层区采用俯斜回采时需预留下盘煤体顶煤，顶煤厚度在 02.0 m，而回采的 3#煤层属于石炭系煤层，煤层结构复杂、稳定性差，预留顶板难度大，很容易出现顶煤垮落现象，威胁工作面安全高效回采，应对俯斜段顶板采取联合支护技术。3.1 顶煤注浆加固1）3601工作面俯斜回采前，在35#53#支架（30 m 范围内）前方煤壁施工一排注浆钻孔，钻孔垂直煤壁布置，深度为 3.0 m，直径为 45 mm，钻孔布置在俯斜顶板线上方 0.3 m 处，钻孔上挑角为 3，同一排以 5俯角依次布置，布置间距为 3.0 m。2）钻孔施工完后，对钻孔内安装中空结构注浆花管。注浆花管采用直径 30 mm 无缝钢管焊制而成，长度为 3.0 m，底端头为实芯结构且为削尖状，削尖长度为0.5 m。花管四周均匀布置3排注浆小孔，孔间距为 0.5 m。3）注浆花管安装到位后，在孔口处安装锥形止浆塞，然后在花管端头依次安装法兰盘、注浆软管、注浆混合枪以及专用注浆泵。注浆材料采用聚氨酯与催化剂混合浆液，注浆材料固化时间为45 s，反应温度为 87。凝固体抗压强度为 68 MPa，黏接强度为 7.4 MPa。4）注浆压力为 3.0 MPa，注浆完成后注浆花管兼做管棚支护，实现管棚与注浆协同支护。工作面俯斜回采时支架顶梁与管棚支护体紧密接触，采用带压擦顶超前移架方式。3.2 铺设柔性纤维网1）柔性纤维铺设在俯斜段顶板上，使用的柔性纤维网采用聚氨酯材质编织袋交错编制而成，纤维网型号为 PET400400MS 型，每卷纤维网长度为 30 m，宽度为 20 m，纤维网格为 100 mm100 mm。纤维网纵向抗拉强度为 450 kN/m，横向抗拉强度为 420 kN/m，纤维网拉断伸长率为 12%，质量为 3.5 kg/m2。552023 年第 8 期王天柱：3601 综采工作面过断层回采工艺优化2）柔性纤维网安装时，先在网的纵向边上穿拉一根直径为 16 mm 钢丝绳，钢丝绳两端分别固定在支架立柱绞盘上，通过手动转动绞盘使纤维网升起，然后在支架前探梁前方 0.5 m 处施工锚杆进行固定，锚杆布置间距为 2.0 m。3）柔性纤维网固定后，工作面在回采时将纤维网卷起，并通过钢丝绳固定在顶梁下方。当工作面回采一个循环时及时下放纤维网然后进行移架，当工作面回采推进 2.0 m 时及时进行固定。如图 2。图 2 3601 工作面柔性纤维网铺设示意图3.3 迈步式组合锚索支护1）为了进一步提高俯斜段顶板整体稳定性，对俯斜段顶板施工迈步式组合锚索。组合锚索主要由钢托盘和锚索组成，钢托盘长度及宽度为 0.5 m，托盘上布置 3 个锚索支护孔。锚索长度为 4.0 m，直径为 21.8 mm。2）第一排组合锚索布置在断层俯斜段架前 1.0 m 处，组合锚索布置间距为 3.0 m，俯斜段顶板每排布置 10 组组合锚索。工作面推进 2.0 m 后施工第二排组合锚索，相邻两排成迈步式布置。4 实际应用效果分析4.1 取得回采效益1）提高了断层煤柱回采率。与传统强行破岩法相比，采用俯斜回采工艺后减少了断层区破岩量，煤柱回采率提高至 95%以上，通过计算可增加煤柱回采量达 0.97 万 t。2）降低采煤机故障率。俯斜回采减少采煤机破岩量1420 m3，避免了采煤机破岩时出现截齿磨损、截割电机烧毁等机电事故。工作面在后期回采过程中共计磨损截齿 27 个，未出现截割电机烧毁事故。3）加快了工作面回采速度。采用传统强行破岩法过断层时，由于破岩量大，工作面推进速度慢，平均回采速度不足 1.4 m/d，而俯斜回采工艺减少了破岩量，加快了工作面回采速度，平均回采速度提高至 5.6 m/d。4.2 围岩控制效果通过对 3601 工作面俯斜段顶板采取联合控制技术后，工作面在后期回采过程中未出现工作面顶板及煤壁破碎、片帮现象。实测端面最大空顶距为0.5 m，最大片帮深度为 0.8 m，顶煤预留效果好，在 35#40#支架处顶板出现局部破碎，但不影响工作面支架正常推移。5 结语通过对 3601 工作面过 F4 断层期间回采工艺的优化，解决了综采工作面传统回采工艺过断层回采效率低、速度慢、破岩量大等问题；对俯斜段顶板采取联合控制技术后，控制了受构造应力影响工作面端面距加大、煤壁片帮严重等应力显现现象，保证了工作面安全快速推进，取得了显著应用成效。【参考文献】1 张晓勇.综采工作面过断层技术的研究 J.能源与节能，2022（12）：139-141.2 张家磊.综采工作面安全高效过断层回采工艺研究 J.机械管理开发，2022，37（10）：174-175.3 吴疆.综采工作面过断层的技术应用研究 J.矿业装备，2022（05）：33-35.4 崔瑞军.综采工作面过断层破碎区顶板注浆加固技术研究 J.山西化工，2022，42（04）：96-97+121.5 王冰.大采高综采工作面过断层技术研究 J.煤，2022，31（06）：65-67.（上接第 52 页）【参考文献】1 张运海.工作面平推过陷落柱技术及巷道矿压显现特征 J.煤炭工程，2012（10）：66-69.2 任文永，刘风伟，刘超林.椭圆形陷落柱对综采工作面推进的影响J.煤矿安全，2019，50（08）：217-220+225.3 杨前意，石必明，张雷林，等.基于 LS-DYNA的爆破增透数值研究J.煤矿开采，2019，24（01）：140-144+119.4 刘优平，龚敏，黄刚海.深孔爆破装药结构优选数值分析方法及其应用 J.岩土力学，2012，33（06）：1883-1888.5 韩磊，侯水云，贾湛永.深孔预裂爆破弱化坚硬陷落柱技术研究 J.煤炭工程，2018，50（06）：81-84.