1、综放工作面快速过断层技术研究摘要本文通过对涡北矿综放工作面过断层以及其他综放工作面快速过断层进行分析, 共分为两部分。涡北矿综放工作面过断层通过断层成因及断层和综采过断层的关系，对涡北矿进行了概况综述，并对断层形态进行分析，总结了断层区施工、工作面形态控制的几项原则，概述了综采工作面过断层时的矿压显现特点及对顶板的管理实施办法，针对涡北矿的工作面遇断层及处理方法，分述了跳采法、平推法、直接割煤过断层、割顶(底) 采煤过断层、用预掘巷与割底相结合的方法过断层、卧底走下坡过断层、挑顶卧底时采用深孔爆破和浅孔爆破相结合当工作面遇到地堑或地垒构造且范围又不大时、倾斜长壁开采遇断层倾角变大、工作面推进困
2、难时、带压擦顶移架、挑顺山梁、架走向棚、铺网、放震动炮法、综采工作面过落差大于2 m 断层，并附有图示，形象贴切。叙述了综放工作面过断层时其它影响因素，例如: 裂隙水的影响、断裂带宽度的影响、断层走向与工作面交角的影响。综放工作面过断层通过对涡北矿南二采区综放工作面进行地质分析，分述了工作面的布置情况，生产情况，及设备维护，具体叙述了过断层时打眼开炮的步骤，并对生产过程中出现的问题提出了解决办法。并且总结了采煤工作面以及综放工作面过断层的方法及安全技术措施, 可为矿井后续生产提供借鉴。关键词综放工作面 快速过断层跳采平推 顶板管理深孔爆破顶板控制 1 综放工作面过断层1.1断层成因与综采过断层
3、的关系构造性断裂构造都是在一定的地质应力下形成的, 不同的地质应力所产生的断裂质不同, 对综机过断层采煤产生的影响也不一样。按照断裂构造的几何形态分, 有正断层和逆断层。正断层一般是张应力和剪应力的作用, 断层面倾角陡立, 断层上下两盘无挤压现象, 产状变化不大, 张裂带伸展不远, 断裂面两侧岩层比较稳定, 如果是单一的正断层, 综机过断层采煤容易实现; 逆断层因受压应力作用, 上下两盘呈挤压状态, 煤岩层都有较强烈的褶皱, 派生有羽状节理或“入”字分枝断裂构造,挤压破碎带伸展较远, 特别是逆断层中的逆掩断层, 断层面倾角多在45以下, 挤压破碎带较宽,断层两侧次生有一系列倒转小褶曲, 在这种
4、情况下综机过断层采煤多数不易实现或者难度很大。由于受较强地应力的作用, 在采煤过程中遇到的断层, 往往是成组出现, 形成各种组合形式, 在相当一段距离内破坏了煤岩层的完整性, 形成组合较宽的破碎带。在这种情况下, 综机过断层采煤也很难实现。但如果是相距较远的正断层组合, 一个工作面不同时期过几条断层, 只要采取相应措施,仍可达到安全采煤之目的。1.2概况综述涡北煤矿位于淮北煤田涡阳矿区的东北部，地处宿北断裂、光武固镇断裂及夏邑固始断裂和丰涡断裂所围成的菱形地块内。主体构造表现为一遭受断层（块）切割了的西倾单斜。主采煤层为8煤层，位于下石盒子组下部，上距63煤层平均间距29.01 m。全区大部可
5、采，煤类单一。因此8煤层为较稳定煤层。煤层顶板以泥岩为主，粉砂岩、细砂岩次之，粉砂岩、细砂岩下常发育泥岩伪顶，底板一般为泥岩。煤层最大厚度9.6 m，最小厚度8.1 m，平均厚度9.0 m。1.3 机理分析断层形态分析一般的讲, 绝大多数煤田断层的形成, 都是受地层最大水平主应力产生的型剪应力的影响。随着岩层性质和本区域的主地质构造的不同, 产生主构造为褶曲,伴生构造为断层和主构造为断层, 伴生构造为褶曲两种形态。在较大区域内, 褶曲和断层总是伴生的。断层区域综采工作面形态控制分析综采工作面在断层区域进行回采的速度和效果主要取决于以下四个方面因素工作面全岩段长度和钻爆施工的难易程度、顶板控制的
6、复杂程度、工作面设备的运转空间和环境、工作面和上下两巷的空间关系。1.4 断层区施工、工作面形态控制的几项原则以理论计算和机理分析以及大现场实际工艺现象的统计分析, 我们得出了指导涡北矿综放工作面断层区施工, 工作面形态控制的几项原则, 现综述如下1.41 工作面岩石最低原则工作面设备调整、工艺配合、形态调整的最根本目的在于, 保证工作面在现有断层影响区域内, 需进行的岩石钻爆工作最低。这是指导断层区施工的首要原则, 也是根本原则。他是确定工作面抬起或下卧方向的基本原则。1.42 基本上翻越局部穿越原则在通过断层及由断层产生的褶曲构造时, 工作面沿走向的施工轨迹, 无论两班或两盘的标高差大小,
7、 应按照翻越路线去规划施工轨迹, 而考虑到具体施工工艺的要求, 在临近断层面的局部可以考虑穿越构造。这是整体规划断层施工方案及确定断层施工方向时必须遵循的原则。1.43 破软不破硬原则工作面从断层的任意一盘向另一盘推进, 都可以选择破项施工还是破底施工。如何确定工作面选择何种施工方式, 就必须考虑顶底板岩性问题。对比顶底板岩性考虑钻爆施工难度, 选择顶底板硬度较低的方向进行钻爆施工。在工作面中则直接体现为破顶或者破底, 也就是破软不破硬的原则。1.44 工作面与断层交角最大化原当工作面与断层夹角过小, 断层面在工作面暴露太大, 顶板管理难度极大。同时工作面内煤层产状变化速度极快, 工作面形态调
8、整无法跟上煤层产状的变化, 直接导致工作面内岩石攀露面积快速增长, 钻爆施工难度加大, 所以规划工作面的平面形态时, 必须考虑工作面与断层交角问题, 如果交角小于度, 通常会导致施工的严重停顿, 也就是工作面与断层交角最大化原则。1.45 下巷保证设备合理搭接和最小过货空间原则由干工作面输送机必需和转载机尾保证一定的搭接高度差才能保证正常使用, 而转载机必濡沿下巷底板推进, 所以工作面头部一般不考虑下卧施工, 而上抬施工必须考虑到工作面头部上部搭接合理和最小空间过货原则1.46 俯仰角保证装备最小通过空间原则工作面进行姿态调整时, 经常进行里伪或者外伪施工。支架由正常水平状态, 转为俯仰状态,
9、 虽然支架支撑高度未变, 造成机道侧外伪或后尾梁窗口里伪, 综放工艺的实际使用高度变小。严重时, 导致机组通过空间不足或后运输机无法正常开车。进行里外伪施工时, 必须如前分析中, 综述的施工方法进行施工, 也就是俯仰角保证装备最小通过1.47 空间原则整体工艺性配合优先考虑顶板控制的原则工作面过断层过程中, 岩墙面积、输送机凸凹角度、里外伪角度、两巷与工作面位皿关系等各方面因素, 都是可以预先推算的、在一定程度上也是可逆的、可后期调整的, 也就是可控制因素。惟有顶板事故、尤其是大型、恶性项板事故, 不但后果严重、前期可预见性差, 而且是绝对不可逆、后期调整难度极大, 是唯一的不可控因素。所以在
10、综合考虑各项工艺参数配合时, 必须首先考虑项板控制的问题, 即整体工艺性配合优先考虑顶板控制原则。地质构造的变化, 尤其是小构造的变化, 在统计意义上具有一定的规律性和可预测性。但对任意一个构造个体来讲, 其分布和变化的规律是不可能完全把握的。从这种意义上讲, 综采工作面过断层, 是一项复杂而且具有高度灵活性的工艺组织过程。以上总结的项工艺原则, 只能在一般性意义上做为施工的总体指导原则, 具体工艺的组织必须紧跟现场, 根据现场情况变化调整工艺组织, 不能生搬硬套。2 综放工作面过断层时的矿压显现特点与顶板的管理2.1 矿压显现特点在综采工作面快要接近断层时,由于工作面的直接顶和老顶早已经在断
11、层处裂断,当支架和前方煤壁支撑不住顶板的重量时,将会回转来压。断层走向与两条顺槽夹角越大,来压的可能性越大,反之,顶板来压的可能性也就越小。另外综采工作面从上盘推进到下盘和从下盘推进到上盘其工作面受到的压力是完全不同的,如图1从上盘向下盘推近时,顶板除受支架、前方煤壁、采空区矸石支撑外,还受到断层面下方的煤岩体支撑,顶板一般情况下不会发生台阶下沉,但顶板发生回转较容易。当工作面处下盘向上盘推进时,情况正好相反,顶板容易发生台阶下沉,而由于断层面的咬合作用,顶板不易发生回转。由此可见若工作面从上盘向下盘推进时,在距断层距离较大时,应提前做好工作面来压的准备;而工作面从下盘向上盘推进时,要加强支护
12、,以防工作面发生台阶状下沉。示意图如图1：a. 从上盘向下盘推进b. 从下盘向上盘推进图1 工作面的推进方向示意图2.2 顶板管理断层带附近的顶板较破碎,在过断层前预备好处理冒顶的材料。移架时要采取带压移架,不得降柱过多,另外要缩小割煤与移架的间距,采用追机移架,以减少空顶面积和时间;要保证泵站压力和初撑力达到标准要求,对超前和端头的单体液压支柱,要保证其初撑力达到要求,对工作需要撤下的支柱要及时进行补支。在顶板发生漏顶时,应及时处理,以防漏顶范围扩大。当漏顶范围较大时,可在煤壁贴顶板处打超前眼插入32mm以上的钢棍,在钢棍上架长梁,以使支架与顶板保持相对稳定,从而使支架前探梁逐步进入完整顶板
13、。若岩石块度大,超前插入的钢棍弯曲,也可使用无腿棚环塞长梁来控制顶板的冒漏。顶板漏顶程度较严重时可采用穿钢针,穿棚环相结合的方法进行处理。首先打浅眼穿一排棚环,在棚环上先架设垂直工作面的园木(另一端架在支架前梁上) ,然后在其上方架设平行工作面的园木,形成掩护棚顶;之后,人员可在掩护棚顶下打深眼穿钢针;并加大其密度,保证棚顶架梁的强度;最后及时前移支架,支架前梁推入钢针和棚环外露下方后升紧挑牢,形成人工假顶,截住冒矸,使工作面顺利通过漏顶区，如下图2综合过漏顶示意图：1. 钢针2. 横梁 3. 棚环4. 桃梁图2 综合过漏顶示意图2.3 工作面遇断层处理方法涡北矿回采面主要采用综采放顶煤的方式
14、回踩，综采采高一般为3m ,按照一比二的比例放顶煤6米。当断层落差大于1.7m至采高时, 其影响程度会随落差增大而增加; 当落差大于采高时, 大多数断层不能平推硬过, 需采到其它处理方法。在准备工作面过程中揭露的断层, 若落差大于采高, 又贯穿工作面时, 通常采用另开切眼法, 此类断层一般与工作面夹角较小, 不易平推硬过。工作面在准备和生产过程中揭露的断层,落差大于采高4m以上, 处于边界或与工作面夹角较大时, 通常采用改变工作长度或局部跳切眼的方法通过, 此方法对工作面安全生产影响较小, 共有5 个面12 次采用此法, 均获得较好效果。当断层落差大于采高, 既不能重开切眼又不能改变工作面长度
15、时, 只能平推硬过, 先后有6 个工作面6 次采用强行通过, 其影响程度受煤层厚度、顶底板条件、设备状况不同。2.31跳采法当断层出现在工作面的两端沿倾斜范围在30m 以下时,在工作面沿煤层正常段与断层方平行开掘一条全煤巷道与材料巷或运输巷贯通,工作面缩面回采躲过断层,工作面正常的部分继续推采,随推采随接长工作面的溜子,直至恢复正常。跳采示意图，见图3。当断层出现在工作面的中部,且断层倾向和落差都较大,经探明断层向面内延深的全岩不超2m时,可采用断层处留垛的跳采方式通过。即沿溜子头至揭露断层的地点将溜子掐开,此段继续向前推采5m ,然后停止推采向前掘全煤硐过断层,再横向与溜子尾煤层段贯通。在此
16、期间断层至溜子尾段缩小到最小控顶距,暂停推采,加强断层处支护,与溜子头推采段保留拖后出口以保证通风行人。待下部煤硐贯通后,先将断层处的支护回撤,再推采溜子尾段与溜子头赶齐后全面形成正常推采。但此种方法有两个缺点:(1) 受工作面装备的制约,仅适用于材料道可以临时运煤的工作面,且溜子拆接次数多; (2) 打破工作面的正常循环,部分区段搁置时间长,压力增大,故不常使用。图3 过断层跳采示意图2.32平推法当断层落差较小, 且顶板、底板岩石较为脆软(如泥岩) 时, 可利用采煤机挑顶或拉底方式直接切割岩石、缓慢上山或下山推运输机、拉移支架, 然后强行通过断层。当断层出现在工作面中部,受条件制约不宜跳采时,只有采用平推法,即采取措施推采硬过。(1) 断层揭露后,将场内的浮煤、浮矸清理干净,加固好该段内的支架;因断
