地质构造复杂地区发展综采技术的经验和做法-发表论文网

地质构造复杂地区发展综采技术的经验和做法
任英勇韦振规
摘要：广西右江矿务局在综合机械化开采过程中遇到了很多困难，矿井煤层赋存不稳定，煤层厚度变化大、小褶曲小断层多、顶底板松软破碎、煤层易自燃等。文章介绍了保群煤矿和塘内煤矿在生产实践过程中碰到的一些地质条件较为复杂情况下如何布置采面、如何推进的经验和做法。

关键词：综采技术；煤层变化；断层；采面巷道布置；顶底板松软破碎

一．简介
综采采煤工艺是我国井工煤矿开采技术的发展方向，它具有高产高效、安全、劳动强度小、工作环境好的优点。我局塘内煤矿、保群煤矿率先使用了综采采煤工艺，使用胶带输送机运输，综合掘进机掘进，实现了矿井采掘运机械化、安全监控信息化、井下作业现场安全质量标准化，创造了在广西地质构造极其复杂的煤层地质条件下使用综采工艺的奇迹，填补了我局在综采开采技术领域的空白，使我局产量产能大幅度提升，经济效益稳步提高，有效遏制了跑车、大面积冒顶等重大安全生产事故的发生。矿井位于百色煤田向斜南翼中段的中部及东部，井田内地质构造比较复杂，薄及中厚煤层，煤层变化大，断层多，顶底板松软，多为泥岩或炭质泥岩，属软弱岩石，移架推进即垮落，且巷道底板遇水极易膨胀、底鼓。
二、受断层影响时综采工作面的布置及技术措施
<一>合理布置和选择综采工作面的倾斜长度、走向长度及回采工艺
1.由于工作面开采范围内地质构造复杂、断层发育，且断层多属东西走向的正断层，对已经探明或揭露的断层，综采工作面走向尽可能沿着断层走向布置，且断层保护留设煤柱要适当增加50～60米，一般情况下留设70～80米断层保护煤柱，以避免因断层走向偏移而影响整个工作面的布置，增加了综采工作面开采的难度。为避免浪费煤炭资源，断层边界所留设的煤柱以及三角煤柱再布置高档普采工作面进行回收煤炭资源。
2.根据矿井井型及运输设备（主要是刮板运输机）的运输能力以及矿井地质条件的因素，合理选择综采工作面的长度，对提高综采工作面单产，避开断层的影响具有重要意义。我局的煤层厚度大都在1.3～3.0米之间，平均厚度1.8米，综采工作面倾斜长度取120～180米之间，才能够发挥采煤机械化的机械效率，并能够降低巷道的掘进率；若工作面倾斜长度过长，设备能力不配套会适得其反，而且工作面越长，工作面内出现小断层小褶曲的可能性也增多，也会使月推进度下降，推采进度下降会导致采面老顶周期来压更加明显或压力超前，对综采工作面的顶板支护和液压支架维护越加困难。因此根据现有的运输设备条件和地质条件，我局的综采工作面倾斜宽度普遍选择150米的宽度，走向长度则根据井田一翼的走向长度以及是否受大断层大构造的影响，一般在1000～2000米较优，以减少工作面搬家的次数，提高工作面单产及经济效益。
保群矿1201综采工作面受断层影响巷道布置图
3.对倾斜宽度小于100米的工作面或者三角煤柱的开采，考虑到综采工作面的频繁搬家和安装，不利于出煤的连续性，矿井采用单体液压支柱进行支护高档普采方式进行回采，高档普采工作面对地质构造复杂的煤层地质条件适应能力更强，工作面倾斜长度可以根据地质条件加大或者缩短，也可以采用旋转式开采法（有计划地使刮板输送机机头超前或者刮板输送机机尾滞后推进等），适应性很强，所以在开采边角煤柱时常常采用高档普采工艺。
<二>综采工作面内遇到小断层的技术措施
往往我们在掘进准备巷道过程中并未揭露遇到小断层、小构造，但在综采工作面推进过程中会突然出现一些断层或褶曲，保群煤矿1201综采工作面中间所揭露的断层有3条，落差在0.8米、1.5米、2米，断层走向长度在30米～80米不等，而且是斜交于工作面走向，因为岩层较软岩，这种斜交于工作面的小断层对采煤机的切割和正常推进没有多大影响，但对综采面的煤质管理及顶板管理非常不利。
1、首先在南方这种构造复杂的矿井，在采煤机选型时要考虑采用功率大、破岩能力强的采煤机，我局在用的是MG375－AW型采煤机，基本能够满足要求。
2、如果断层落差较小，小于3米的，可以强行通过，适当降低采高，减少矸石采出量，以利于煤质的管理。但采高要保持一定的高度（1.5～1.6米，根据液压支架的伸缩量），不能过低，过低有可能会压死支架。若断层落差达到5米以上，采用强行通过，则采煤机配件损坏多，维修费用高，而且推采进度很慢，百色矿务局东怀煤矿一综采工作面因为碰到落差达9米的断层，利用将近3个月时间才能强行通过，所以落差较大时（大于5米）应考虑另开切眼，重新安装综采面。
3、也可采用辅助爆破破岩，以减少岩石对采煤机截齿的磨损。为了确保放炮安全，需制定工作面过断层破岩段爆破管理制度，在放炮后，必须在现场进行查看，最后确认无瞎炮或瞎炮处理好后，方可开始采用采煤机割岩；要求现场交接班，必须由两个班的放炮员及班组长在现场将炮眼数量、位置及放炮情况共同进行清点，并在交接班记录上一一记录清楚。另外爆破极易损坏液压支架的电液控制屏和电磁阀。为此，在放炮时除了在煤帮吊挂废旧皮带或钢板遮挡住飞出的矸石，防止损坏支架。
<三>综采工作面遇到断层煤层倾角变大时支架的防倒技术措施
1、防倒措施
由于井田内煤层倾角变化较大，需附加专用防倒装置主要用于机头排头支架，可利用斜拉式防倒装置、即将防倒千斤顶用圆环链和连接卡连接于排头第一架支架顶梁和第二支架底座之间，在工作面中部支架间隔一定步距也设斜拉式防倒装置。
2、防滑
工作面支架防滑的关键在机头排头支架，工作面机头排头支架的防滑装置是主要防滑，中部支架的防滑装置是辅助防滑装置。
①、机头排头支架的防滑装置
前调千斤顶设于第一架和第二架、第二架和第三架支架底座的前部，利用千斤顶的拉力或推力调架，防止底座前部下滑，后调千斤顶安设在第一架支架底座的下侧，连接千斤顶活塞的圆环链通过转向90º的导链筒引到第三架底座后部连接底座，收缩后调千斤顶（第一架卸载时），便可将第一架支架向倾斜上方调整。
②、当煤层倾角大于20°，加设工作面中部支架的防滑装置，工作面中部支架容易下滑的是支架底座后部，因此在每架支架底座的后侧安设底调千斤顶，但为防止底调千斤顶在移架时蹩坏，要求液压控制系统在移架的同时自动收回底调千斤顶。
三、软岩综采工作面的顶板管理
根据矿井井田煤层赋存条件、厚度及顶底板岩性状况，工作面选用ZY2600/14.5/28掩护式液压支架，其顶梁长度3360mm，中心距1.5m，支护高度1.45m～2.8m，额定初撑力1970KN，额定工作阻力2600KN，额定支护强度0.55Mpa。液压支架的初撑力应保证支架上方直接顶与老顶不离层，既要能支撑住直接顶的重量，又要保证直接顶的完整性。如塘内煤矿1500工作面的煤厚1.8～2.5 m，顶板最大载荷小于2600KN/架，需要初撑力约为689.2KN/架，直接底允许比压为3Mpa。
<一>综采工作面安装前后的顶板管理
因为矿井顶板比较破碎，为尽量减少工作面切眼顶板变形量和保证顶板的完整性，在设备安装之前以小断面掘进，设备安装时再重新扩大开切眼断面，并采用锚杆加铺顶金属网进行支护，顶板破碎段加设锚索支护。
<二>综采工作面顶板破碎及过断层破碎带时的支护技术措施
工作面顶板破碎或过断层破碎带时，割煤（岩）后及时带压擦顶和交错随机移架，尽量减少顶板的下沉量。也可以先移动中间架超前控顶，使前梁经常托护煤壁，最大限度的减少顶板暴露时间。并且工作面空顶处及时采用木板插背好，如果顶板漏顶或空顶面积较大时，必须在液压支架前方漏顶处及时架设木剁支护。
<三>综采工作面两巷及超前管理方法
回风巷出口向外20m采用DZ25单体配合1.0m铰接梁支护，梁平行于巷道，且贴紧顶板，上好防倒绳。如遇地质构造段，梁改用工字钢梁且加木板背顶，离工作面煤壁10m为双排，离工作面11至20m为单排柱，柱与柱间距1m。