吴浩波,苌 珂,李韶彪

(晋能控股装备制造集团有限公司 寺河煤矿,山西 晋城 048200)

1 工作面概况

晋能控股集团寺河煤矿5313大采高综采工作面位于东井区东五盘区,处于+350水平,开采3号煤层,工作面采高为6.0 m,一次采全高。工作面倾斜长度为234.4 m(净),走向长度为1 990.8 m(净)。工作面北为实体煤,南为5315工作面(已掘),西为东五盘区西辅助运输巷、胶带巷(已掘),东为东五盘区东翼中部回风一巷、二巷(已掘)。5313工作面开采3号煤层,煤层平均倾角5°,顶底板岩层特征如表1所示。工作面推进度为1 376～1 438 m之间,出现逆断层F5313-2(倾向约为90°～76°,倾角约为60°,落差为3～5 m),如图1所示。根据工作面巷道揭露情况表明,煤岩受该逆断层影响裂隙发育,对回采影响较大,因此展开工作面通过该断层的技术措施研究。

图1 工作面位置详情

表1 工作面顶底板岩层特征

2 逆断层推进方案及可行性分析

2.1 推进方案

本次工作面过逆断层采用“沿顶留底”的推进方式如图2所示,具体如下:①工作面推进至断层影响区域15 m前通过留底煤抬底板的方式逐步降低断层影响,合理调整工作面采高,保证机组顺利通过,推进过程中工作面沿煤层顶板推进,断层影响区域与两侧正常区域顶底板平缓过渡,减缓倾角变化,为支架支撑创造良好顶底板条件。②工作面沿顶板推进至断层面后,为保证顶板支护可靠,破下盘顶板割矸,出现割顶矸现象,待工作面进入稳定区域后(即工作面通过断层构造明显扰动区域,顶板岩层及煤壁无明显破碎现象),逐渐下放工作面底板,将支架底座调整至煤层底板,沿煤层底板推进。③由于断层延伸至工作面两侧巷道内,断层影响区域巷道坡度较大,推进过程中,需沿巷道底板推进,巷道至工作面内延伸至少15个架范围,将工作面底板与巷道底板平缓过渡,为防坡度较大,出现倒架现象,根据现场情况延长过渡范围。

图2 工作面过断层推进方案示意

2.2 过断层方案可行性分析

结合过断层期间工作面现场煤体情况,接近断层面时,煤壁可见不规则节理,煤体松软破碎,煤尘大,瓦斯含量高。机组割煤顶溜后,前方底板整体有50～100 mm的自然下压。工作面过断层面揭露下盘底煤时,煤层最厚达8.4 m.目前工作面使用的支架为ZY15000/30/67D型,最高支撑高度为6.7 m,若采用沿底留顶的方式进行回采,受断层影响区域煤体及顶板条件等地质因素限制,对工作面整体的推进无法保证可控状态,极易出现冒顶等事故发生[1-2]。因此采用“沿顶留底”的方式是可行的,也是最安全高效的,这就对采煤机岗位司机的割煤水平提出了高要求,也是能顺利通过逆断层的安全保障。

3 过断层顶板加固技术措施

在工作面通过断层期间,在断层附近15 m范围内,在顶板安装菱形金属。降低工作面开采高度,开采高度控制在3.5～4.2 m之间,液压支架支柱活动范围不应小于200 mm,防止顶板施加过大压力,造成支架压死。采用拉超前支架的方法对顶板进行支撑,及时打开保护侧板,防止煤壁破片。当支架顶部端面距超过340 mm时,在煤壁侧安装侧支撑柱,侧支撑柱与电缆架之间的距离最小为2.3 m,贴帮柱柱距为 1.5 m,侧支撑柱固定牢固,锚固在保护侧板或木质材料上,初始支撑力不小于90 kN.顶板严重断裂破碎时,采用支设贴帮支柱加补充锚杆对顶板进行支护的方法。顶板锚杆与煤壁倾角设为70°～ 75°,锚杆间距1.5 m,封帮锚杆沿煤层水平方向在顶板下方1 m处施工,锚杆间距1.5 m.锚杆采用全螺纹Ф20 mm高强度锚杆,长度为2.0 m.工作面顶板锚杆支护设计如图3所示。

图3 工作面顶板打锚杆支护设计平面图(单位:mm)

图4 解决方案及现场实况

图5 现场实际情况示意

4 工作面揭露断层现场情况及措施分析

4.1 工作面推进过程中出现的问题及应对措施

1) 工作面在断层影响区域,煤体较软,揭露断层面时顶板出现不同厚度的顶矸,由于提前沿顶板、留底煤回采,机组割煤过程中需逐步下挖,下挖较厚容易造成工溜向下倾斜角度过大,对机组本身行走造成一定阻碍[3-4]。

现场实例(工溜向下倾):3月25日5313工作面中班割煤4刀,30号～40号架区域出现超挖。3月26日夜班割煤0.6刀,早班割煤1.5刀。3月26日中班接班后发现30号～90号支架严重超挖,机组躺煤帮无法正常行走。通过现场测量,30号～90号架溜子向下倾斜10°～27°(正常为4°～7°),其中55号～85号架向下倾斜最大平均25°,工作面50号～67号架煤体破碎,顶板塌顶0.5～2.5 m.随即制定方案,按照掏煤—收溜、吊溜—顶溜、垫板梁—拉架的工艺流程,逐步进行工溜倾斜度调整。①掏煤:将支架底座至工溜靠煤壁侧区域下方软煤人工掏出。根据工溜的倾斜度(10°～27°),粗算需人工掏煤的厚度(0.2～0.7 m)。②收溜、吊溜:将工溜收回,吊溜按每3架一个吊点,将对应支架伸缩梁千斤前端拆除并使千斤保持接近垂直状态,挂专用接链环、大链(使用的转载机链),将伸缩梁千斤前端与靠煤壁侧工溜有效连接,按照此步骤连接5～6架,通过动作千斤使大链同时保持受力拉紧状态,支架工同时操作支架收千斤吊溜。直至工溜吊起至-4°～-7°,整体保持平整。③顶溜、垫板梁:将调整过的工溜顶出,将板梁支设于架前起到一定支垫作用,保证支架底座能够压板梁拉出。④拉架:支架工将垫好板梁的架整体拉出[5]。

2) 由于断层影响区域,煤体整体松软,断层面附近煤岩交界处裂隙发育,整体性较差,受断层影响,工作面沿推进方向,需保持-4°～-7°的角度割煤,机组司机底刀需挖一刀平一刀(平两刀)逐步割煤,受机组司机操作水平影响,割煤时容易出现工溜上抬情况。现场实例(工溜上抬):工作面调整过程中,出现工溜上抬现象,按照收溜、清煤—压柱、顶溜的流程调整工溜的角度。①收溜、清煤:将上抬区域工溜收回,确保顶帮支护到位的前提下,人员进入煤帮清理顶溜前工溜下方煤。②压柱、顶溜:将单体柱顶端支设在大护帮板位置戗好,底端支设在工溜靠煤壁侧,每3～5架支设1根单体柱,同时支设5架,支架工同时操作将工溜顶出,使工溜整体保持-4°～-7°.

4.2 本次过断层吸取的教训及大倾角割煤的注意事项

1) 提升各级人员的业务素质和技能水平,提前对全体职工进行过断层安全技术措施的专项培训。提高机组司机的割煤水平、支架工的拉架调架能力,以及提升现场班组长、验收员、跟班干部的执行能力。

2) 加强现场条件变化时的汇报,及时将现场工作面的各类信息如实、准确地与相关业务部室沟通,根据现场的变化及时进行工作面的调整和应对。

3) 做好过断层期间的技术分析工作,针对现场工作面煤体、顶底板煤岩情况及时进行数据汇总整理,结合地质预报信息分析论证,对工作面推进提前进行调整,争取做到技术指导现场。

4) 大倾角割煤时,无论是上山或者下山回采,采煤机要放缓割煤速度,割煤过程中控制好底板的平整度及上抬下挖角度,控制好工溜的上窜下滑,同时要加强工作面顶板管控,保证工作面初撑力动态达标,顶板破碎时及时拉出超前架。

5 结 语

根据寺河煤矿5313综采工作面回采巷道掘进揭露情况表明,工作面推进度1 376～1 438 m之间,出现逆断层F5313-2,结合工作面开采技术和围岩条件,提出采用“沿顶留底”的推进方式通过该逆断层,理论分析论证确定该方案可行,设计过断层期间的顶板加固措施,实际生产过程中根据现场揭露断层的具体问题提出针对性解决方案,并分析总结了本次过逆断层吸取的教训及大倾角割煤的注意事项,为大采高工作面过大落差断层积累了成功经验。