技术措施：采煤工作面地质构造处理

(1)采煤工作面过地质构造带应采取的综合治理方法

①地质构造过分发育的块段,采用炮采工艺,炮采对地质变化的适应能力较强;

②在工作面布置时将断层留在区段煤柱内,或虽然工作面内有断层,但与工作面交角不宜太小,以减少对工作面的影响范围;

③采用调斜的方法,改变工作面的推进方向,躲开地质变化带;

④工作面推进中,发现了未知的、工作面难以通过的地质构造时,可将工作面甩掉一部分,其余部分继续推进,过后再对接为完整工作面;

⑤遇到较大地质构造时需要做各种比较,以权衡利弊,若强行通过地质构造代价太大,则应搬迁工作面。

(2)采煤工作面过断层

采煤工作面遇到各种地质构造时将会影响生产,对综采生产影响尤为严重。综采工作面过断层的方法取决于断层的落差、煤层厚度、支架最大高度、最小高度、采煤机破岩能力等因素。主要有以下几种方法:落差小于煤层厚度和支架最小支撑高度之差,综采面过断层时不必挑顶或下切,可直接通过断层;若断层落差大于二者之差,可用采煤机截割顶底板岩石通过断层;当顶底板岩层坚硬、采煤机截割不动时,则可采用爆破方法挑顶或下切穿过断层。

根据我国开采技术水平和生产实践,断层落差相当于煤层厚度时,工作面是可以通过的。图13.9所示为综采面顺利通过与工作面斜交角20°、断层落差等于采高3.0m的情况,其仰斜角不超过15°～16°。但是,落差过大时,割岩量太大,容易损坏设备,煤质变差,不能维持正常生产,不如另搬新面。今后,随着采煤机功率加大、破岩能力增强,断层落差超过煤层厚度时,可以采取强行通过的方式。

图13.9　综采面仰斜过断层

综采工作面过断层时,应采取以下技术措施:

①为了减少断层在工作面内的暴露范围,遇断层时应适当调整工作面方向。当围岩为中等稳定以上时,工作面与断层走向夹角应不小于20°～30°;围岩不稳定时,此夹角应增至30°～45°。但调整工作面方向,会引起工作面长度变化,需增减工作面支架数,或增加三角煤损失。

②应按断层性质、落差及顶底板岩层硬度等因素确定采用挑顶和下切或同时挑顶及下切,做到既有利于维护顶板又减少破岩量。

③当岩石普氏系数f＜4时,可用采煤机直接割岩,牵引速度应减小;滚筒能变速的采煤机,滚筒用低速旋转。若用爆破处理岩石,对附近的液压支柱要加以保护。

④过断层时要预先逐步减小采高,以减小破岩量和增加支架的稳定性,但是支柱要留有足够的伸缩余量,以防压死支架。

⑤当断层地段需要下切或留底进行侧斜回采时,应使顶底板形成平缓的侧斜变化,以使支架和输送机槽处于良好工作状态。

⑥断层附近可采取以下支护措施:

a.断层处先架设倾斜梁、倾斜棚或斜交梁,采取间隔移架,先移的支架顶梁托住倾斜梁后再移邻架;

b.可在煤壁上预先掏梁窝架设超前梁或超前走向棚,如图13.10所示;(www.xing528.com)

图13.10　超前走向棚支护断层

c.尽量采取带压移架方式,以防松动顶板,并缩小割煤和移架间距,片帮较深时采取超前支护,减少控顶面积;

d.顶板冒空处应架设木垛或用其他材料充填,对破碎地带的顶板可用锚杆或向钻孔内注入化学胶结性溶液,以固结顶板;

e.沿断层开岩巷、巷道顶板用普通锚杆支护,两帮用木锚杆支护,沿断层开巷时巷道的宽度与高度必须与综采面尺寸相适应,以利于工作面从断层的一盘逐步过渡到另一盘,尽快恢复正常开采。

(3)综采面过其他地质构造

1)过陷落柱

陷落柱在某些矿区十分发育,它是由含煤地层深部石灰岩溶洞塌陷而形成的。陷落柱在煤层中呈隐伏状态,内部充填各种破碎岩石,其长轴可达8～200 m,周围伴生小断层,并使地层起伏,影响范围可达8～20 m。

对陷落柱首先应加强地质预测,其分布较多集中在背斜轴附近区段巷掘出后,安设无线电坑透仪进行透测,发现疑点打钻再探,确定尺寸大小、方位及影响范围,进而制订出相应的技术措施,对面积较大的陷落柱。一般采用绕过的方法。但是,这种方法比较麻烦,影响工作面布置,遗留大量边角煤,增加了综采面设备的拆迁次数,因此只适用于面积大的陷落柱。当工作面遇到直径小于30 m的陷落柱时,视陷落柱的岩性,一般可以采用硬过的方法。其步骤为:

①采用控制爆破、采煤机清矸的方法;

②在工作面陷落柱范围内降低采高,降低的高度以工作面能通过的最小高度为限,做到既减少采矸量又使支架不会被压死;

③陷落柱地段与工作面正常地段之间,保持一段采高逐渐变化的长度,以使支架和输送机能够适应;

④陷落柱两侧的工作面正常地段,可提前移架;陷落住范围内适当滞后移架,用铁管或木板梁一端插入岩壁、另一端搭在支架前梁上的方法进行特殊支护,采煤机清矸后要立即移架,以防漏研。采煤机清矸时,应当采用小步距、多循环的方法,以减少顶板的暴露面积。

2)过褶曲带

机采面过褶曲带的方法比较简单,当采区内有大褶曲时,应使工作面的推进方向垂直于背、向斜轴,使工作面内沿煤壁方向没有大的起伏,有利于液压支架处于良好工作条件。通常,小的褶曲带主要表现为煤层局部变薄、变厚、变倾角等,但煤层及顶底板并不十分破碎,因此可用采煤机适当下切或留底、割顶,使顶底板形成缓和的曲面,以便于设备通过。

图13.11　工作面过空巷

(4)综采面通过旧巷道

工作面通过本煤层旧巷道时。首先应将旧巷内的支架修好,加密支柱或架设抬棚,最好采用单体液压支柱。当矿压显现不强烈、旧巷围岩较稳定时,工作面可直接通过,巷道内支架顶梁逐渐进入工作面液压支架顶梁上方,巷道支架的支柱可逐渐回出。当矿压显现强烈时应先将工作面调成与旧巷斜交,如图13.11所示,逐渐通过。在巷道与工作面交叉处架设木垛,同时加强工作面内支护。

工作面过石门时,要在石门口处填满矸石,或加木垛支护并铺上木板,使液压支架能顺利通过。