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中图分类号:TE347
1.绪论
我国薄煤层占煤炭总量的20%,具有很高的可采性,但一直以来薄煤层开采都受到不适用大型机械化采煤、工作面过断层困难以及生产效率低下、丢失煤量大的制约,难以达到开采和使用技术的高要求。目前我国大部分薄煤层矿井采用炮采劳动条件大急需上机械化。国外开采薄煤层的主要国家有:苏联、西德、英国、波兰、美国、法国等。近年来,这些国家也开始注意改善薄煤层和极薄煤层的开采工艺及技术装备。苏联在薄煤层开采方法,缓倾斜煤层中大部分用走向长壁式普采与综采。普采面平均日产400-470t左右,综采面平均日产620t左右。随着科技进步机械化采煤在薄煤层矿井势必得到普遍推广。在解决了机械化的问题后摆在我们面前的新的迫切需要解决的便是薄煤层开采过断层的方法以适应机械化高效率的采煤作业。在薄煤层工作面开采过程中,如何针对工作面出现的断层群及火成岩侵蚀区的分布特点,确定合理的回采方案,做到既安全回采又最大限度地减少煤炭资源的浪费,是该矿工程技术人员经常遇到和需要研究解决的问题。
2.金达煤矿概况
金达煤矿位于休城,井田西、北部是走向北东,倾向北西的马楼断层及马楼支断层。煤系地层在井田东南部赋存较浅,而西北部则较深,就总体来说是一个倾向北西的单斜构造。井田的主体褶曲是休城背斜和李店向斜,这些褶曲虽然没有破坏煤层的连续完整性,但影响工作面的合理布置,使掘进率、吨煤成本和劳动强度提高而回采率降低。井田地质构造复杂程度属中等偏简单类型即“含煤地层产状平缓,沿走向和倾向均发育宽缓褶皱,或伴有一定数量的断层。”
本井田断层不发育,资源勘探阶段共有5个钻孔见断层,其中地层断距大于30m的1点,占20%;地层断距在5m及5m以下的4点,占80%。详查阶段地震勘探有断点7点,其中A级3点,B级4点。截止2012年末,全矿井累计开拓动用面积2.03Km2,井巷揭露断点74个,平均每km?37个,共组合构成46条断层,除一条正断层落差在15~20m以外,其余均为落差不足5m的小型正断层,未见逆断层。其中北东走向者约占43%、北西走向者约占41%、近南北走向约占4%、近东西走向者约占2%。
金达煤矿2采区回采工作面伴随着波形褶曲、小型底鼓及凹陷所出现的大量小断层,使主采12煤层厚薄变化无规律,有时发生尖灭,甚至出现煤层突然被顶板粉砂质泥岩完全取代的现象。这种情况给回采工作面正常生产带来较大的困难,而且小断层的大量出现,破坏了工作面顶板原岩的完整性,增大了岩石冒落的可能性,同时也给工作面顶板突水和瓦斯突出創造了条件,增加了回采工作面的不安全因素。
3.金达煤矿薄煤层过断层技术
煤12下可采厚度为1。4m,伪顶为0。3~0。5m厚的粉砂岩或泥质砂岩;直接顶为5。8m厚的砂岩或粉细砂岩互层。工作面多为120m左右的对拉工作面,走向长壁布置。放炮落煤,人工装煤,刮板输送机、胶带输送机运煤,单体液压支柱加金属交接顶梁支护,三四硐控顶,全部跨落法管理顶板。在实际生产过程中金达矿根据不同的现场情况采取最合适的生产过断层方式。
3.1 工作面过落差小于采高的断层
工作面过落差小于采高的断层时,不管断层走向如何皆采取破顶卧底的方式。(见图1、图2)
3.2 工作面过落差大于采高的断层
1)回采工作面过走向断层
当断层在工作面上半部与材料道的距离超过20m时,可在断层处重打一个回风巷,并与断层的端点与原材料道贯通,撇开断层部分开采。当断层在工作面中部时,可将原面分成两小面开采。当断层在工作面下部靠近运输道时,要在断层上部重开一条运输巷,撇开断层开采。
当采面遇到断层面的倾向与煤层倾向相同的正断层时,最易冒顶的区域在其下盘,最好的处理方法是破下盘的底板,挑上盘的顶板,固化不易冒顶区的顶板。如果在下盘最易冒顶区下面再托一块三角顶煤,不但难以逮住,还增加破下盘的底板工作量,一般不采取此种方法(见图3)。
2)回采工作面过倾向断层
回采面遇有落差较大的倾向断层,要在断层的另一盘重新补打切眼,当推至距断层5m左右,即跳过断层,重新开采。具体有两种情况:
(1)断层面的倾向与工作面推进方向一致,从下盘向上盘推进时,对断层下盘的顶板控制作为重点。倾向正断层由下盘向上盘推进,在回采推进断层盘面时,断层两侧的顶板已经断裂分离,而且相对的同一位置上的岩性不同,特别是大面积悬顶和采空区垮落不严时更难测量,断层面和采空区切断的顶板岩层重量沿层面的垂直分力指向工作面,得不到煤体支撑全部作用在支架上,顶板压力明显增高,发生大面积冒顶的危险性最大。
(2)当断层面倾向与工作面的推进方向相反时,采面由断层上盘向断层下盘推进,在采动前已断裂的顶板岩层重量,将其中一部分传递到断层下盘而减轻支架载荷,从而减少冒顶的危险程度。因此,采场过倾向断层,尽可能由上盘向下盘推进,同时要提前调采工作面。使工作面倾向与断层走向有一定的夹角,在中等稳定以上顶板的工作面以20~30°为佳,以缩小工作面每个循环过断层的长度,避免全工作面一次性推过倾向断层。
3)回采工作面过斜交断层:
(1)当断层全部切割工作面时,可调整工作面与断层平行,而在断面层的另一盘重开切眼,当推至距断层5m左右即跳过断层,重新开采。
(2)当断层只切割工作面的一部分即间灭时,可采用在断层的另一盘重开全煤巷切眼,当工作面采到断层位置时,再削去断层部分的溜子,而无断层部分的工作面继续推进,至重新开切眼处,接好溜子,全面开采。
3.3工作面两条倾向断层间的条带开采
这种方法是在两条断层之间的狭窄条带(条带的宽适宜20m左右)中间,先打一条宽巷为全煤巷道(巷宽3m)。铺好溜子后,向两边放炮掏硐开采,深度不超过6m(如图4)。 3.4断层带的支护措施
(1)处理断层要打浅跟、打稠眼、少装药、放小炮。
(2)工作面临近断层时必须加强支护质量,加密支柱,在断层上下盘各打一组丛柱,各加一个木垛,并用斜撑柱支好断层面。
(3)超前处理断层要打好临时支护。
(4)断层带顶板破碎时,支柱要带大帽或用板梁加棚支护;推移运输机时要打好替柱。
(5)断层带内必须用高度适宜的支柱支护,支柱初撑力必须达到规程规定,并严格执行多次注液制度。
(6)在断层带工作,工人经常敲帮问顶。
4.結论
由于采取了以上过断层的方法和措施,金达矿过断层带的工程质量得到保证,过断层期间安全系数大大提高。同时,也最大限度的回收了煤炭资源,延长了矿井寿命,提高矿井经济效益,达到了安全生产的目的。
参考文献
[1] 冯耀挺,侯文斌《山东煤炭科技》[J],中国学术期刊,2007年第五期
[2] 张宝红,王茂军,任玉京《薄煤层工作面过断层群及火成岩侵蚀区的技术实践》[J],中国学术期刊,2003年05期
[3] 徐永圻《采矿学》[M], 徐州:中国矿业大学出版社,2003
[4] 徐映富《重庆大学学报》[J],中国学术期刊,1994年第九期
[5] 夏仕方《矿床开采》[J],中国学术期刊,2005年第四期
[6] 邢佑明,邱运来,李方明《薄煤层回采工作面过断层技术研究与应用》[J],中国学术期刊,2004年04期
[7] 兰金友《薄煤层开采工艺探析》[J],中国学术期刊,2007年第五期
专题参考文献:
[8] 赵杰《深水平大断面薄煤层综采掘进支护技术》[J],中国学术期刊,2006年01期
[9] 阳金知,汪书祺《掘进工作面过断层的方法》[J],中国学术期刊,2005年06期
[10] 汪书祺《工作面过断层的方法》[J],中国学术期刊,2003年01期
[11] 刘志勇,秦荣宏《煤巷掘进过断层方法》[J],中国学术期刊,2002年04期
[12] 高厚明,陈创业《煤巷掘进过断层方法》[J],中国学术期刊,2006年04期
1.绪论
我国薄煤层占煤炭总量的20%,具有很高的可采性,但一直以来薄煤层开采都受到不适用大型机械化采煤、工作面过断层困难以及生产效率低下、丢失煤量大的制约,难以达到开采和使用技术的高要求。目前我国大部分薄煤层矿井采用炮采劳动条件大急需上机械化。国外开采薄煤层的主要国家有:苏联、西德、英国、波兰、美国、法国等。近年来,这些国家也开始注意改善薄煤层和极薄煤层的开采工艺及技术装备。苏联在薄煤层开采方法,缓倾斜煤层中大部分用走向长壁式普采与综采。普采面平均日产400-470t左右,综采面平均日产620t左右。随着科技进步机械化采煤在薄煤层矿井势必得到普遍推广。在解决了机械化的问题后摆在我们面前的新的迫切需要解决的便是薄煤层开采过断层的方法以适应机械化高效率的采煤作业。在薄煤层工作面开采过程中,如何针对工作面出现的断层群及火成岩侵蚀区的分布特点,确定合理的回采方案,做到既安全回采又最大限度地减少煤炭资源的浪费,是该矿工程技术人员经常遇到和需要研究解决的问题。
2.金达煤矿概况
金达煤矿位于休城,井田西、北部是走向北东,倾向北西的马楼断层及马楼支断层。煤系地层在井田东南部赋存较浅,而西北部则较深,就总体来说是一个倾向北西的单斜构造。井田的主体褶曲是休城背斜和李店向斜,这些褶曲虽然没有破坏煤层的连续完整性,但影响工作面的合理布置,使掘进率、吨煤成本和劳动强度提高而回采率降低。井田地质构造复杂程度属中等偏简单类型即“含煤地层产状平缓,沿走向和倾向均发育宽缓褶皱,或伴有一定数量的断层。”
本井田断层不发育,资源勘探阶段共有5个钻孔见断层,其中地层断距大于30m的1点,占20%;地层断距在5m及5m以下的4点,占80%。详查阶段地震勘探有断点7点,其中A级3点,B级4点。截止2012年末,全矿井累计开拓动用面积2.03Km2,井巷揭露断点74个,平均每km?37个,共组合构成46条断层,除一条正断层落差在15~20m以外,其余均为落差不足5m的小型正断层,未见逆断层。其中北东走向者约占43%、北西走向者约占41%、近南北走向约占4%、近东西走向者约占2%。
金达煤矿2采区回采工作面伴随着波形褶曲、小型底鼓及凹陷所出现的大量小断层,使主采12煤层厚薄变化无规律,有时发生尖灭,甚至出现煤层突然被顶板粉砂质泥岩完全取代的现象。这种情况给回采工作面正常生产带来较大的困难,而且小断层的大量出现,破坏了工作面顶板原岩的完整性,增大了岩石冒落的可能性,同时也给工作面顶板突水和瓦斯突出創造了条件,增加了回采工作面的不安全因素。
3.金达煤矿薄煤层过断层技术
煤12下可采厚度为1。4m,伪顶为0。3~0。5m厚的粉砂岩或泥质砂岩;直接顶为5。8m厚的砂岩或粉细砂岩互层。工作面多为120m左右的对拉工作面,走向长壁布置。放炮落煤,人工装煤,刮板输送机、胶带输送机运煤,单体液压支柱加金属交接顶梁支护,三四硐控顶,全部跨落法管理顶板。在实际生产过程中金达矿根据不同的现场情况采取最合适的生产过断层方式。
3.1 工作面过落差小于采高的断层
工作面过落差小于采高的断层时,不管断层走向如何皆采取破顶卧底的方式。(见图1、图2)
3.2 工作面过落差大于采高的断层
1)回采工作面过走向断层
当断层在工作面上半部与材料道的距离超过20m时,可在断层处重打一个回风巷,并与断层的端点与原材料道贯通,撇开断层部分开采。当断层在工作面中部时,可将原面分成两小面开采。当断层在工作面下部靠近运输道时,要在断层上部重开一条运输巷,撇开断层开采。
当采面遇到断层面的倾向与煤层倾向相同的正断层时,最易冒顶的区域在其下盘,最好的处理方法是破下盘的底板,挑上盘的顶板,固化不易冒顶区的顶板。如果在下盘最易冒顶区下面再托一块三角顶煤,不但难以逮住,还增加破下盘的底板工作量,一般不采取此种方法(见图3)。
2)回采工作面过倾向断层
回采面遇有落差较大的倾向断层,要在断层的另一盘重新补打切眼,当推至距断层5m左右,即跳过断层,重新开采。具体有两种情况:
(1)断层面的倾向与工作面推进方向一致,从下盘向上盘推进时,对断层下盘的顶板控制作为重点。倾向正断层由下盘向上盘推进,在回采推进断层盘面时,断层两侧的顶板已经断裂分离,而且相对的同一位置上的岩性不同,特别是大面积悬顶和采空区垮落不严时更难测量,断层面和采空区切断的顶板岩层重量沿层面的垂直分力指向工作面,得不到煤体支撑全部作用在支架上,顶板压力明显增高,发生大面积冒顶的危险性最大。
(2)当断层面倾向与工作面的推进方向相反时,采面由断层上盘向断层下盘推进,在采动前已断裂的顶板岩层重量,将其中一部分传递到断层下盘而减轻支架载荷,从而减少冒顶的危险程度。因此,采场过倾向断层,尽可能由上盘向下盘推进,同时要提前调采工作面。使工作面倾向与断层走向有一定的夹角,在中等稳定以上顶板的工作面以20~30°为佳,以缩小工作面每个循环过断层的长度,避免全工作面一次性推过倾向断层。
3)回采工作面过斜交断层:
(1)当断层全部切割工作面时,可调整工作面与断层平行,而在断面层的另一盘重开切眼,当推至距断层5m左右即跳过断层,重新开采。
(2)当断层只切割工作面的一部分即间灭时,可采用在断层的另一盘重开全煤巷切眼,当工作面采到断层位置时,再削去断层部分的溜子,而无断层部分的工作面继续推进,至重新开切眼处,接好溜子,全面开采。
3.3工作面两条倾向断层间的条带开采
这种方法是在两条断层之间的狭窄条带(条带的宽适宜20m左右)中间,先打一条宽巷为全煤巷道(巷宽3m)。铺好溜子后,向两边放炮掏硐开采,深度不超过6m(如图4)。 3.4断层带的支护措施
(1)处理断层要打浅跟、打稠眼、少装药、放小炮。
(2)工作面临近断层时必须加强支护质量,加密支柱,在断层上下盘各打一组丛柱,各加一个木垛,并用斜撑柱支好断层面。
(3)超前处理断层要打好临时支护。
(4)断层带顶板破碎时,支柱要带大帽或用板梁加棚支护;推移运输机时要打好替柱。
(5)断层带内必须用高度适宜的支柱支护,支柱初撑力必须达到规程规定,并严格执行多次注液制度。
(6)在断层带工作,工人经常敲帮问顶。
4.結论
由于采取了以上过断层的方法和措施,金达矿过断层带的工程质量得到保证,过断层期间安全系数大大提高。同时,也最大限度的回收了煤炭资源,延长了矿井寿命,提高矿井经济效益,达到了安全生产的目的。
参考文献
[1] 冯耀挺,侯文斌《山东煤炭科技》[J],中国学术期刊,2007年第五期
[2] 张宝红,王茂军,任玉京《薄煤层工作面过断层群及火成岩侵蚀区的技术实践》[J],中国学术期刊,2003年05期
[3] 徐永圻《采矿学》[M], 徐州:中国矿业大学出版社,2003
[4] 徐映富《重庆大学学报》[J],中国学术期刊,1994年第九期
[5] 夏仕方《矿床开采》[J],中国学术期刊,2005年第四期
[6] 邢佑明,邱运来,李方明《薄煤层回采工作面过断层技术研究与应用》[J],中国学术期刊,2004年04期
[7] 兰金友《薄煤层开采工艺探析》[J],中国学术期刊,2007年第五期
专题参考文献:
[8] 赵杰《深水平大断面薄煤层综采掘进支护技术》[J],中国学术期刊,2006年01期
[9] 阳金知,汪书祺《掘进工作面过断层的方法》[J],中国学术期刊,2005年06期
[10] 汪书祺《工作面过断层的方法》[J],中国学术期刊,2003年01期
[11] 刘志勇,秦荣宏《煤巷掘进过断层方法》[J],中国学术期刊,2002年04期
[12] 高厚明,陈创业《煤巷掘进过断层方法》[J],中国学术期刊,2006年04期