回采工作面过断层构造的安全技术分析
【摘 要】断层构造对煤炭开采造成了严重的安全隐患,根据伯方矿3207工作面顺槽掘进掘露情况表明,分别在运输顺槽503m、947m和1142m处遇到三个断层(其中1142m处为一逆断层,走向为190°,倾向为100°,倾角为80°,断距为3.5m)和回风顺槽的1360m处遇一大褶曲构造,该处顶板下沉坡度达30度,影响长度20m;严重影响工作面正常回采。回采过断层期间,工作面采取特殊施工措施,利用五个多月时间,顺利通过该断层,为今后综采工作面过逆断层提供了一定的现场经验。
【关键词】综采工作面;逆断层;开采实践
1、工作面概况
1.1工作面位置及井上下关系
3207综放工作面位于二盘区运输巷的左翼,开采煤层为3#煤层,煤层倾角2~6°,煤层厚度4.71-5.9/5.23。工作面走向长度1605m,倾斜长度176.5m,面积283282.5m2,可采储量1688301吨,服务年限21个月。工作面北邻3109工作面,南面为3205工作面,东面为3206工作面,三面均为实体煤住。井下标高+640m~+710m。地面标高+950m~+1070m,地面相对位置位于西里沟以南,赛沟以北,西华山以西,地形大多为山坡地带,东高西低,工作面切眼处地表有少量农田、果树,地表无民房及其它建筑物。
1.2煤层顶底板及瓦斯情况
直接顶为灰黑色砂质泥岩,厚度4.5m,埋深366m;老顶为中粒砂岩,厚度4.5m,埋深361.5m;直接底为黑灰色细砂岩,厚度1.6m,埋深374m;老底为灰黑色泥岩,厚度4.32m,埋深378.32m。
根据2011年瓦斯等级鉴定,伯方煤矿属于低瓦斯矿井,瓦斯绝对涌出量4.72m3/min,相对涌出量2.33m3/t。
2、工作面采煤工艺
2.1采煤工艺
工作面采用6架ZFG4800/18/30过渡架和114架ZF4400/17/28中间架支护顶板,MG200/500-WD型双滚筒采煤机落煤、装煤,自行斜切进刀。顶煤通过矿压破煤,自溜装煤;工作面前后各安装一部SGZ—764/400型刮板运输机分别运输采煤机落煤与放顶落煤。设计采高2.5m(±0.1m),截深0.6m。放顶步距0.6m,采放比为1:1.1。
2.2工艺流程
斜切进刀→割煤→移架→推前部输送机→放顶煤→拉后部输送机
3、断层对工作面的影响
(1)由于受无炭柱、断层等构造的影响,致使工作面1#-12#架为无炭柱,18#-35#架底板起伏有1.8m高的矸石,上部煤层较软,冒顶面积较大,60#-109#架进入了煤层底板,顶板矸石冒落致使支架无法及时抬高,工作面正前方底板坡度约10°以上。为确保工作面安全顺利通过该断层,采用放炮方式推进。
(2)推进过程中,受断层影响,煤质变软,容易造成工作面片帮冒顶,顶煤冒落后,造成工作面空顶,支架无法正常接顶,起不到良好的支护作用,严重影响工作面正常回采。
(3)工作面断层影响范围段压力太大,支架承载力大,移架时容易造成架前冒顶,给工作面支护带来一定困难。
(4)因掘进至断层段时,瓦斯涌出量大。在回采过程中,需加强对工作面瓦斯管理工作。
(5)过断层期间,部分顶板淋水量大,对工作面各道工序的操作带来一定影响。
(6)受断层影响,工作面正常割煤后,顶煤不能正常回放,对工作面顶煤回收带来一定影响。
4、过断层施工方法及安全措施
4.1工作面过断层方法
(1)过断层采用放炮方式,采高控制在2.2m±0.1m。
(2)钻眼采用气腿式凿岩机打眼,采用2#煤矿许用乳化炸药和瞬发雷管爆破落矸,MFB—100型电容式发爆器起爆。
(3)爆破采用分段作业形式完成,每5m为一段,放一段装一段,上一段未放炮前不得进行下一段作业,严禁产生明炮。
(4)炮眼布置:采用两排三花眼布置炮眼,顶眼距顶板0.8m,底眼距底板0.3m,炮眼与工作面成75°角,眼深0.8m,眼距1m,装药量400g/眼,循环进尺0.6m。如果岩性发生变化,炮眼深度,眼距、角度、装药量可根据岩石的强度具体情况适当调整。
(5)施工顺序:钻眼前准备→钻眼→检查瓦斯→装药联线→检查瓦斯→撤人设警戒→放炮→检查瓦斯→工作面支护→出煤或矸→下一段作业。
4.2工作面过断层期间安全措施:
(一)放炮安全措施
1.打眼前,必须停止割煤,将采煤机停放在距放炮点20m以外的顶板完好地段。打眼过程中,必须对工作面煤溜及采煤机进行闭锁,并安排专人进行看护。否则,严禁进入工作面煤壁进行作业。
2.打眼前,跟班队长和安全员必须对工作面煤壁进行敲帮问顶,及时处理顶帮的活矸活炭。待安全员确认安全后,方可进入机道作业。作业时必须安排有经验的工人观察顶帮变化情况。如顶帮发生变化,观察人员及时通知作业人员撤离工作地点。
3.人员进入机道内作业前,必须进行敲帮问顶,并采用单体柱配合木柱对顶帮进行临时支护,在确认安全后方可进行作业,未支护好以前作业地点10m范围内严禁任何人动作采煤机、煤溜和支架。
4.打眼、装药过程中,要保证一人作业,一人观察顶板和煤帮变化情况,发现异常要及时停止作业,处理好后方可进行。
5.炮眼必须采用炮土或水炮泥封堵,炮眼要捣实充满。严禁用煤粉或其它可燃性材料作炮眼封泥。装药与打眼不得平行作业,要保证最小抵抗线不得小于0.3m。装药后必须把电雷管脚线短接,严禁电雷管脚线、放炮母线与支架、电气设备及其它导电体接触。
6.工作面机头、机尾严禁同时装药,同时使用2台发爆器同时进行爆破工作。机头、机尾任一地点放炮时,施工人员必须撤离工作面到规定安全警戒线。 7.放炮员必须持证上岗,放炮严格执行“一炮三检”和“三人联锁”放炮制度,发爆器和爆破材料由放炮员专人管理,严格实行一面一个起爆器管理制度。
8.放炮必须执行“多打眼、少装药、放小炮”的原则,预防损坏工作面设备。放炮前必须对工作面左右10m范围内的支架、压力表、电缆及油缸等采用废皮带进行保护,否则严禁放炮。
9.每次放炮前,支架工要检查放炮地点前后的护帮板是否打开,确保支护有效后方可放炮。
10.放炮前瓦斯员要严格检查爆破地点附近20m内和回风顺槽上隅角风流中瓦斯浓度,达到0.8%时,严禁爆破。
11.放炮前必须由班组长清点人数,待所有人员撤至警戒线以外的安全地点后,方准下达起爆命令。并在所有能进入放炮地点的通道上设立警戒,放炮安全距离:弯巷不小于75m,直巷不小于100m。
12.火药、雷管要分箱保管,箱要放置在距离工作面100m外的顶板完好、支护完整的安全地点。
13.装配起爆药卷时,必须在顶板完好、支护完整、避开电器设备和导电体的爆破工作地点附近进行。严禁坐在爆炸材料箱上装配起爆药卷。
14.电雷管必须由药卷的顶部装入、严禁用电雷管代替竹、木棍扎眼,严禁将电雷管斜插在药卷的中部或捆在药卷上。
15.从成束的电雷管中抽取电雷管时,不得手拉脚线硬拽管体,也不得手拉管体硬拽脚线,应将成束的电雷管顺好,拉住前端脚线将电雷管抽出。抽出单个电雷管后,必须将脚线扭结成短路。
16.炮掘断层时,有2个以上自由面时,最小抵抗线不得小于0.3m。
17.瞎炮、残爆处理按照《煤矿安全规程》(2011版)342条执行。
(二)回采措施
1.放炮后采用机组收底。如机组无法通过时采用人工出矸清底移溜。机组收底时,要控制好机组截割速度。严禁机组截割矸石,以防损坏机组。
2.过断层时,工作面煤溜每个循环应逐步提高5-10cm,起坡要缓,避免煤溜出现急上急下现象,保证工作面正常推进。
3.要加快工作面机尾回采速度,与工作面断层形成一定的夹角,沿回风顺槽巷道底板坡度找到煤层底板,然后依次逐架向前回采找到煤层底板。
4.要工作面顶板冒顶严重控顶距较大时,要及时停机处理,以防止会加剧冒顶及片帮区域扩大。
5.如工作面顶板为煤时,要采用铺金属网,预防顶煤从支架前或架间冒落,造成架前大面积冒顶。
6.工作面煤溜底要随好,不要出现大的错差,防止出现飘链。
(三)工作面支护措施
1.在过断层期间要严格支架管理,严禁出现跑、冒、滴、漏、串液等现象,发现问题要及时处理,
2.放炮前要对断层与煤交接段、断层段的顶板采用支架护帮板进行支护。
3.工作面上仰开采时,必须超前带压擦顶移架,少降快移,移架后支架要平直,不得出现咬架,歪斜,支架顶梁要接顶严密,支撑有效。
4.工作面上仰推进过程中,如工作面顶板无法控制时,要采用风钻在架间钻扇形眼,将2.5m长直径32mm的圆钢插入眼内,孔口外留30cm采用单体柱进行支设,当支架前移时托住煤体内插入的圆钢,对架前顶板超前进行控制,具体实施由作业人员结合现场情况进行确定。
5.工作面支架立柱的活柱伸缩量不得小于200mm,防止压死支架。
6.支架初撑力不低于24MPa,因顶板冒顶造成支架前梁不能接顶时,要及时采用方木接顶。必要时可在支架顶梁上并排铺设木梁或道轨(与支架推进方向平行)。严格控制支架倾斜角度,防止出现歪架、咬架、倒架。支架歪斜时要及时调整。
7.如果采高低时,要及时对采高低的区段支架进行调架,逐步调整使支架高度符合规定。
8.施工中需使用单体柱时,操作人员站在安全地点进行。其他人员须躲到距离施工地点5m外安全地点,并防止无关人员进入。
9.单体柱支设在实底上。如底板松软,必须穿鞋。支设完成后及时将柱绳挂好。严禁使用漏柱或坏柱。
﹙四﹚端头支护措施
1.首先要保证安全出口高度不低于1.8m,宽度不少于0.8m,如压力大造成宽度和高度不足时,要及时进行落底和扩帮,确保安全出口达到安全规定要求。
2.受断层影响,回风顺槽端头处压力大,底板煤软,支护困难,端头支护必须保证先支后回,并保证一梁三柱。确保端头处单体柱的支护质量,必要时架设“井”字木垛加强支护。
3.超前支护段支柱必须保证支柱数量和质量,所有单体柱必须支设在实底上,做到迎山有力。如果压力明显加大,根据现场实际情况适当加长加密超前支护强度。
﹙五﹚冒顶处理措施
1.处理冒顶前,必须先将冒落的煤岩进行处理,保证作业人员有畅通的回撤路线。同时预备好足够的木柱和单体柱等材料。
2.在处理冒顶区顶板前,首先进行敲帮问顶,采用长锉尖将伞檐处理干净,预防掉矸伤人。处理冒顶时,作业人员要随时进行敲帮问顶,防止矸石掉落伤人。
3.处理冒顶时,必须让有经验的老工人处理,并设专人观察顶板变化情况,发现异常立即停止作业,撤出作业人员。
4.作业时必须听从跟班队长的统一指挥,安全员必须在现场负责安全监管工作。发现异常(如顶板响动、漏矸等)情况,由观察人员通知作业人员立即停止工作,迅速撤出作业区域。
5.处理冒顶时,要安排支架工看护,严禁误动作支架,以防发生意外。
6.出现冒顶或梁端距面积过大时要及时提前移架,移架时要带压擦顶移架,预防冒顶面积扩大。
7.处理冒顶时,必须从冒顶区两侧开始,采用超前架设木梁﹙平行于支架推进方向﹚对冒顶区域进行临时支护。木梁应使用?16cm以上的木柱。横穿木梁时,木梁一端支设在支架上,另一端采用贴帮柱进行支护。处理冒顶过程中,严禁人员在空顶下作业。 8.横穿木梁要根据需要确定长短,架设的木梁必须能够控制住冒顶区的边缘,以防冒顶区域扩大。
9.在处理冒顶时,非作业人员严禁在冒顶区域左右5m范围内停留或行走,预防活矸掉落伤人。
10.工作面出现架前冒顶时,要及时停机,并闭锁机组、煤溜。处理冒顶时,机道作业只允许两人在同一地点作业,并要设专人观察顶板,所有人员必须听从跟班队长统一指挥,动作要迅速,升柱、扶柱、架棚人员要分工明确,各负其责。其他闲杂人员不得在煤溜内停留,安全员要深入现场进行监督,确保安全。
﹙六﹚其他措施
1.工作面交接班必须在现场进行交接,上班向下班必须交接清工作面生产情况,存在问题。同时要安排人员对液压系统、风水管路进行详细检查。发现问题及时处理。确保各种系统工作正常。
2.施工人员进入工作面前,必须由跟班队长和安全员检查顶板和煤壁情况,对顶帮进行敲帮问顶,敲帮问顶工作要贯穿在整个作业过程中,以防止片帮、离层跨落的煤块、矸石伤人。工作面未支护到位,严禁组织生产。跟班队长要有全局意识,重点抓好工作面支护。
3.在检查中,跟班队长和安全员发现如存在支护不到位时,立即组织进行支护。安全员确认支护有效后,方可施工。
4. 进人机道工作时,不论从事何种作业都必须提前将煤溜及机组进行闭锁,安排专人看管。同时要将支架升实,伸出护帮板护实煤壁。严格执行敲帮问顶制度,作业前必须先认真观察机道顶板及煤壁情况,及时将顶板和架间悬矸进行处理,严禁在有隐患的状态下作业。作业时要随时注意顶帮及架间落矸,并有专人观察。如果出现异常,及时撤离工作地点。
5. 若工作面发生冒顶后,有大块岩石冒落到采煤机道及煤溜内,则需立即用风镐或大锤进行破碎,超过30cm的矸石要及时拣出,不得进入皮带。大块矸石需爆破时,最小抵抗线和封泥长度都不得小于0.3m,严禁人员在设备运行中进行拣矸工作。
6.工作面架前浮煤浮矸要及时清理,保证能顺利移架。
7.操作支架时,被操作支架左右5m范围内严禁有人站立或通过,以防止漏矸伤人。
8.要加强瓦斯检测力度。其浓度超过0.8%时,严禁作业。
9.工作面通讯信号必须灵敏可靠,要指定专人负责信号联系,经双方确认无误,待全部作业人员及时撤出机道后,方可开启煤溜。以防止误操作造成伤人。
10.跟班队长和安全员、瓦检员必须同工人同上同下,严禁上班迟到和早出班现象发生。
11.跟班矿长跟班时必须到现场进行技术指导和安全监管,帮助解决本班安全生产中遇到的难题。
12.施工单位要协调组织好,抓好重点环节,尽快推过断层。
结束语
本次工作面过断层采用放炮方式推进,放炮后采用机组收底,加快工作面机尾回采速度,与工作面断层形成一定的夹角,沿回风顺槽巷道底板坡度找到煤层底板,过断层时,工作面煤溜每个循环逐步提高5-10cm,期间遇到局部顶板煤岩层松软,漏冒严重,及时停机采用马粒散超前加固顶板等措施,保证工作面正常推进。
煤矿地质构造复杂,断层落陷柱特别发育,对生产影响较大,随着现代化采煤设备的发展,综采工作面过地质构造已成为制约高产高效矿井建设的主要因素,快速通过工作面地质构造,是矿井高产高效建设发展的根本思路,也是建设高产高效矿井的根本途径。