復雜地質條件下的快速推過斷層技術

在霍辛赫礦山3205個工作面的返回期間，她被認為是自投入產出以來最大的失敗。3205回采工作面掘進期間共揭露4條斷層,其中,f10、f11斷層落差在1.5～1.8m之間,對正規回采未造成影響;f12斷層落差為13.66m,為逆斷層,傾角30°,此斷層影響兩巷,對正規回采影響較大。霍爾辛赫煤礦投入了大量的人力、物力、財力,采用了多種有效的技術措施,最終安全、順利地通過了該斷層,為以后回采過斷層積累了寶貴經驗。132工作面區域地質情況3205綜采工作面位于井田二盤區,工作面可采長度634m,切眼長199m,采高2.8m,采用綜合機械化放頂煤采煤工藝。3205回采工作面回風側f12斷層為逆斷層,走向351°,落差13.66m,傾角30°。經3205兩巷實際探測走向判定,在里程430.5m遇見該逆斷層,經探測,頂板向上5.7m見煤,煤厚0.2m。根據巷道布置情況,在3205工作面回采期間該逆斷層可能影響走向長度42m,3205回風巷揭露的該斷層顯示其中全巖段23m,根據鉆探結果及三維地震勘探顯示分析:該逆斷層可能影響工作面80～90m。3205工作面煤層直接底為泥巖,平均厚0.98m,硬度中等,參差狀斷口;基本底為細粒砂巖,平均厚3.36m,中厚層狀,以石英為主,長石次之,均勻層理,參差狀斷口,半堅硬。偽頂為泥巖,平均厚0.38m,硬度中等,薄層狀、水平層理;直接頂為砂質泥巖,平均厚8.96m,中厚層狀,參差狀斷口,半堅硬,與下伏巖層呈明顯接觸;基本頂為中粒砂巖,平均厚5.86m,中厚層狀,以石英為主,長石次之,泥質膠結,參差狀斷口,半堅硬。2采用故障處理技術方案2.1采煤機過斷層巷道布置固定方案本方案將采取放震動炮配合采煤機割煤方式強行通過斷層(圖1)。根據地質測量科提供的預測資料可知:工作面正常推進過此斷層時,工作面回采至進尺292.9m、工作面中部距運輸巷79m處將先揭露斷層邊緣,隨著工作面向前推進,斷層與工作面接觸點將向工作面機尾方向移動,且揭露面積將會變大,直至工作面中部至機尾段全部與斷層相遇,隨著工作面的繼續推進,工作面與斷層相遇面積將會逐漸減小,且向機尾方向移動,直至最后走完斷層。工作面與斷層相遇時,處于斷層的邊緣巖石為煤層的偽頂、直接頂、直接底,斷層中間可能為煤層的基本頂、基本底。煤層的直接頂底均為泥巖,硬度中等且節理較為發育,采煤機可直接切割后通過,斷層中部巖石較堅硬段可放震動炮配合采煤機切割。此斷層為逆斷層,強行通過時,工作面從斷層上盤向下盤推進,上盤頂板由下盤頂板和斷層面的摩擦力來支撐,過斷層的頂板壓力較小。為了加快過斷層的速度,可選擇在最小采高下過斷層。采煤機滾筒直徑為1.6m,最小采高為2.0m,過渡液壓支架最小支撐高度為2.0m,普通液壓支架最小支撐高度為1.7m,結合工作面過斷層實際情況,過斷層時工作面采高定為2.3～2.5m。為減少回采過斷層時工作面出矸量,設計在斷層處提前掘進2條措施巷,措施巷與工作面切眼平行布置,高2.5m,寬4.0m,措施巷長度視掘進過程中揭露斷層情況和工作面回采速度而定(圖1)。根據地質測量科提供資料顯示,斷層影響走向長度42m,其中23m全巖段用工期22d,剩余19m,平均進尺1.5m/d,用工期13d,過斷層共用工期35d。2.2工作面設備工程該方案需提前在斷層周圍掘進若干巷道,為工作面回撤部分設備、重新安裝對接設備做準備(圖2)。首先從運輸巷開始掘進1條措施巷,為掘進新開切眼和中部回風巷時的煤炭運輸、通風做準備,隨后掘進新開切眼和中部回風巷,當工作面回采撤架通道時,擴撤架通道,將此段巷道的中間液壓支架、刮板輸送機等部分回采設備搬至新開切眼,工作面機頭段100m正常推進,工作面推進至與新開切眼成1條直線時,工作面設備重新對接后開始正常回采。該方案共計掘進巷道長度273m,擴撤架通道92m。其中掘進新開切眼需要工期20d,掘進措施巷需要工期12d,掘進中部回風巷需要工期24d,掘進巷道共計工期56d。末采工期7d,擴撤架通道需要10d,處理撤架通道底板5d,共計22d。工作面設備搬家至新切眼安裝需要工期約20d,其中回收前后部刮板輸送機各100m(約70節)需工期6d,對接前后部刮板輸送機機尾需工期2d,撤、安液壓支架需工期8d(70架),拆、接刮板輸送機鏈、調試設備等需工期4d。另外由于回風巷斷層段掘進時坡度較大、影響搬運支架,需隨坡處理約80m,回風巷措施巷2道風門影響進支架車需拆除,回風巷鋪底長度434m。需要直接工期42d。3比較和確定方案3.1方案2:打眼放炮后工作面無定期試驗主要優點:①需要的工期短,對正常回采影響較小;②減少了工作面的搬家倒面次數,相應也減少了工作面初采、末采次數,為正常生產贏得了更多的時間。主要缺點:①該方案過斷層放震動炮時如對工作面設備采取的保護方法不得當或采取的措施不到位,將會對其造成傷害,影響使用壽命,甚至將工作面設備直接損壞;②由于斷層處巖石較破碎,強行通過斷層時工作面頂板較難控制,容易出現液壓支架上方空頂,工作面頂板控制難度增加;③由于該方案需要放炮作業,在打眼放炮作業階段需多隊組配合交叉作業,會增加現場管理難度;④過斷層時采煤機需直接切割矸石,對檢修班檢修設備的質量要求較高;⑤增加了原煤中的含矸率。3.2現場配合作業不深主要優點:①能將斷層避開,工作面頂板不會出現松軟破碎現象,工作面頂板較容易控制。②此方案相當于正常回采掘進,不會出現多隊組配合作業,現場管理較方案1容易。主要缺點:①直接施工工期長,工程量大;②輔助工程量較大且輔助工程需要工期較長;③增加了搬家倒面次數,相當于縮短了工作面壽命,對采用綜合機械化采煤的工作面十分不利。3.3現場管理可減少或消除方案2,方案2:現場管理就通過對上述方案的比較,結合地質測量科提供的斷層資料和礦井的實際情況,方案1優點突出,切合該礦當前的實際情況,且方案1中的缺點多為人為可控因素,只要施工隊組及機電管理部門制訂措施得當,現場管理到位就可避免,明顯優于方案2。所以,回采工作面過此斷層推薦用方案1。4錯誤的技術措施(1)增設超前錨索和長2.4m錨桿在遇到斷層前,作業人員從支架側向煤幫側以10°方向打設7.2m超前錨索及長2.4m錨桿,對破碎帶頂板起到一定的支護作用,同時可懸吊斷層面處活矸,可以有效防止大矸石掉落造成刮板輸送機事故。(2)在屋頂壓力較大的區域，采用低循環，并考慮屋頂壓力工作面斷層區域壓力大時,減小采煤機截深,頂2次刮板輸送機拉一次支架,避免了多次重復移架對頂板的破壞,降低了拉架過程中頂板冒落的危險。(3)支架升緊、放炮時無定期過斷層期間要加強設備檢修工作,保證設備完好性與開機率;支架必須保持完好性,無竄、漏液,以避免自降現象,保證支架初撐力。支架不準出現倒架、疊架現象,架與架之間用側護板封嚴,架間落差不超過規定,保證支架升緊,前梁接頂嚴實,支架初撐力達到24MPa,保證放炮前全部將工作面支架升一遍。放炮前降支架升緊后將乳化泵停止工作,并用保護皮將支架閥組、電纜及管路等保護好,防止放炮時,大塊煤、矸石將閥組手把壓下,導致支架誤動作,頂板失去支撐力,造成冒頂事故及設備損壞。刮板輸送機和轉載機不允許有壞刮板,爆破后刮板輸送機,必須低速拉空刮板輸送機,防止燒毀電機,影響施工進度。采煤機過斷層期間,必須保證截齒、齒座及行走部完好。(4)加快推進在保證設備性能可靠的情況下,加快推進速度。在生產過程中,應減少采煤機一次進刀量,提高牽引速度,實行淺割快跑,降低頂板破碎程度。(5)現場管理難度加大,有助于保證工作面作業安全在打眼放炮作業階段需多隊組配合交叉作業,作業人員多,現場管理難度會增加,采用科室、隊組聯合跟班,現場指揮,安全督察部門現場監督指導安全生產,生產礦長、總工程師統一安排,保證工作面作業期間的安全工作。5創造了最大的安全效益即是安全通過該斷層(1)綜采隊利用35d時間安全順利通過了f12斷層,積累了新的安全生產經驗,也創造了最大的安全效益即安全通過該斷層。(2)方案1與方案2相比,減少了巷道掘進及二次安裝搬家倒面時間,緩解了采掘銜接、采裝銜