高突工作面过断层措施.docx

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高突工作面过断层措施

高突条件下综采过7米断层技术

研究与应用

一、开题报告

++是一座年产300Mt的大型高瓦斯突出矿井，矿井相对瓦斯涌出量为17.36m3／t，绝对瓦斯涌出量89.1m3/min。

1991年7月和2002年5月经煤炭科学研究总院重庆分院、抚顺分院鉴定，被定为突出矿井。

矿井井田东西走向长4.5Km，南北倾斜宽7.0Km，含煤面积31.5Km2，地质储量2.5亿t。

矿井于1958年开工兴建，1964年2月移交生产，原设计生产能力为120Mt/a，经过两次改扩建，核定生产能力达300Mt/a以上。

随着开采年限的增加，采深不断加大，矿山压力、突出威胁、巷道失修、开拓条件越来越复杂，已严重影响到矿井的生产。

同时为了治理瓦斯，除工作面正常掘风、机两巷外，还要掘高位巷、偏Y巷等瓦斯治理工程，给正常的接替带来更为不利的因素。

特别采煤工作面在回采过程中，工作面出现断层：

一方面，断层落差较大，造成顶板破碎、压力大，直接威胁现场职工安全；另一方面，由于断层影响，煤与瓦斯突出几率增大，给安全管理带来很大困难。

根据平煤集团以往的回采经验，工作面出现落差大于6米以上断层时，一般采取跳眼，采用此方案最大的缺点是工序多，诸如掘切眼、工作面收尾、回收、安装等，工期长，工作面不能连续生产，还造成煤炭资源的损失。

同时，由于采煤工作面掘外切眼必须停采，造成煤炭自燃发火，是安全生产的不利因素。

在采掘接替非常紧张的情况下，为实现高产高效矿井建设，把如何安全的通过此类断层，作为我矿攻关项目，目前已成为一个必要性、主要性和紧迫性的课题。

二、研究报告

我矿近几年综采工作面在过断层时，根据断层的不同情况，分别制定了不同的过断层方案，积累了丰富的经验。

通常情况下现，过断层主要采取以下几种常用方案：

⑴、硬过。

当断层落差不超过1／3采高，断层附近顶板完整，可以适当降低断层影响段的回采高度方法硬过，这类断层遇见的比较多，对回采几乎不受影响。

当断层落差超过1／3采高且不超过2倍采高，顶板中等稳定，可以通过断层岩石段放震动炮，托煤段加强顶板管理的方法硬过。

⑵、预掘巷提前“消化”断层。

当断层落差小于2米，顶板中等稳定时，可以提前沿断层走向开掘巷道，将断层带的矸石提前采出，并对顶板进行支护。

采用此种方法是把矸石提前采出，确保了煤质，将采面硬过断层转化为过老巷。

但在掘进巷道时，回采与掘进不能同时进行，增加了工序，影响正常回采，同时也增加了掘进工作量，使采掘接替更加紧张。

⑶、跳眼。

提前在断层影响范围之外开掘出新切眼，当工作面推至断层影响区时，工作面收尾，将综采设备搬迁到新切眼内，而后工作面继续推进。

此种方法适用于过落差大、且断层岩石段同时在采面暴露长度大，走向影响较长。

采用这种方案最大的缺点是工序多，工期长，一般从开掘新切眼、工作面收尾和新切眼安好需要三个月，工作面不能连续生产，并容易造成工作面接替困难，且增加了采煤成本，不利于矿井的高产高效。

2006年6月，在++++工作面前方50米处，有一条F3正断层，落差7米。

为了安全顺利通过断层，矿有关部门制定多种方案进行论证、比较。

㈠、工作面概况

++++采煤工作面位于－320水平北翼东区下山第四阶段，采面西靠东区轨道、运输机、专回下山，东至++北风井保护煤柱，南为戊9、10—21170采空区，北未开采。

工作面有效走向长890米，切眼斜长249米。

所采煤层为戊9、戊10合层煤，煤层结构稳定，煤厚3.8～4.5米，一般4.2米。

其中戊9煤厚1.0～1.4米，一般1.3米；戊10煤厚2.6～3.5米，一般2.8米；戊9与戊10中间有0.1～0.3米的夹矸泥岩。

工作面地面相对位置为+++西北侧。

地面标高＋200～＋330米，工作面标高－415～－465米，埋深615～795米。

本采面+++伪顶为0.4～0.6米的砂质泥岩，直接顶为1.6～6.5米的砂质泥岩，向上为戊8煤层，厚度为0.8米～1.1米左右，戊8煤顶板为1.0～2.4米的砂质泥岩，其上基本顶为大于10米的细至中粒砂岩。

戊10煤底板为1.9～4.2米的砂质泥岩，其下为戊11煤层，厚度0.8米，其下为4米左右的泥岩及大于10米的砂质泥岩。

顶底板砂质泥岩为致密不透气。

该工作面地质构造较为复杂，其中对回采影响较大的断层有6条见表1。

其中，在机巷1918点附近的F3断层，走向为

表1采面断层情况

地

质

构

造

序号

断层性质

位置

产状

F1

正断层

风11点外10m

H4.5m

F2

正断层

风11点外5m

H1.8m

F3

正断层

机18点外5m

H7.0m

F4

正断层

机18点里1m

H1.5m

F5

正断层

风17点里25m

H2.7m

F6

正断层

机24点里15m

H3.5m

N50°E，落差±7.0米，如图1、图2所示。

该工作面为高瓦斯突出工作面，瓦斯绝对涌出量26m3/min，瓦斯压力为1.5MPa左右,瓦斯含量为15m3/t。

回采期，预计当采排从断层的下降盘向上升盘方向推进时，受外侧下降顶板的遮挡，里侧煤体的瓦斯释放将会受到阻碍，工作面在通过时瓦斯有增大甚至发生突出的可能，在采排过断层时，把受断层影响区段的浅孔抽放钻孔孔数至少增加1倍以上。

在工作面瓦斯治理方面，主要采取了高位尾巷排放并抽放、上隅角埋管抽放、采面浅孔抽放（采面浅孔深9米，孔径89厘米，孔间距1.5米，上、下两排布置，上、下两排每天交替施工）联合进行。

㈡、工作面设备配套

该工作面斜长250.5m，倾角为9.2°～11.1°，采用167组ZY4000－17／37型掩护式液压支架支护顶板。

采用MG－200／475W型双滚筒采煤机落煤，运输机型号为SGZ－764／750，机巷选用SZZ—764/200型转载机将煤转运至皮带输送机中。

采用两套GRB－315／31.5A型乳化液泵轮换供液。

㈢、工作面瓦斯综合治理及施工措施

瓦斯防治的一般要求：

①严格执行集团公司及矿制定的各项瓦斯管理制度，认真落实各项瓦斯管理措施。

②工作面必须安装瓦斯自动监测断电报警装置，甲烷传感器悬挂位置必须符合通风部门要求。

非专业人员不经允许，严禁乱动电器设备的保护装置和瓦斯断电仪，瓦斯断电仪要保证准确、灵敏可靠。

③入井人员必须佩戴隔离式自救器，并熟练掌握使用方法。

④班组长以上干部下井必须带便携仪，随时随地检查瓦斯。

⑤当工作面回风流中瓦斯浓度达到1%时，必须停止一切工作，当达到1.5%时，必须停止工作，切断电源，撤出人员，进行处理。

⑴高位尾巷排放和抽放瓦斯

++++采面高位尾巷使用，设计采用高位尾巷排放和高位尾巷抽放瓦斯，本煤层抽放、浅孔抽放等综全治理如图3所示。

图3工作面瓦斯综合治理示意图

①采面初期采用高位尾巷自然排放瓦斯方法，辅助采面浅孔抽、上隅角抽，高位尾巷辅助抽、本煤层抽放措施，通过巷道第三小川调节风量，使高位尾巷瓦斯浓度控制在2.5%以下。

②回采过程中视其瓦斯治理效果，一是继续采用自然排放瓦斯;二是在高位尾巷第三小川和高位尾巷外口构建密闭，封闭高位巷抽放瓦斯。

在外口密闭预埋12寸抽放管进行抽放，辅助采面浅孔抽、上隅角抽、本煤层抽放综合治理瓦斯。

方案1：

采取绕过落差较大的地段（如下图）

a、在采排中部位置开掘巷道，并与机巷贯通，安设两部SGD-40T溜子运煤。

b、采排推进到距断层15米时开始上网、炮采，并将前86架回收安入改造的切眼内，待采排位置推到该处时对接。

c、绕过断层需开掘巷道250米左右，且新切眼具备支架安装条件。

d、采面需停采时间长。

方案2：

采取新开切眼跳采

a、采排推进到距断层15米时开始上网、炮采，并将支架、采煤机、运输机回收安入改造的新切眼内。

b、在距机巷断层外100米处做新切眼。

方案3：

采面硬过断层

方案比较：

方案1、采用绕过断层。

采面回收一半支架，再安入新切眼，联络小川安小溜子，机巷收皮带，外移转载机等工作。

按保守估计至少需要2个月时间，仅按施工单位工资计算至少需要60万元；同时绕过断层煤炭损失50×130×1.389×3.5×0.95=30019万吨。

另一方面，该断层在风巷未暴露，地测部门推测中部断层落差到4米，对生产还存在一定影响。

方案2、采用跳眼。

在断层外新开一切眼，采排推至断层处搬家到新切眼，回收、安装、拆皮带、外移转载机等工作，至少需要3个月时间，仅按施工单位工资计算至少需要90万元，煤炭损失为100×249×1.389×3.5×0.95=11.5万吨。

方案3、采取硬过。

采排继续向前推进，断层落差较大，对安全生产影响较大。

经过以上三个方案比较，从经济上硬过的方案最优。

为了安全顺利通过断层，++党政领导非常重视，召开工程技术人员和采煤战线领导参加的专题会。

与会人员一致认为，在目前矿接替紧张的情况下，硬过是最好方案。

大家集思广义，制定详细的过断层措施。

3）硬过断层可行性分析

3.1技术分析

a、F3断层为正断层，根据机巷掘进时期地质情况分析，该断层随着采面向外推进，预计该断层向采面机尾方向发展，在采面消失。

该断层对回采沿走向100米，预计在采面同时暴露的长度可达38米，全岩段预计会达30米，预计该断层对回采将会有重大影响。

但由于该断层与采面交角较大，每个一刀煤断层在采暴露的长度较小，便于劳动组织管理和实现正规循环作业。

b、从已回采该面的情况看，戊9、戊10煤层较硬，利于断层的下盘托煤，同时戊10与戊11夹矸、戊11底板为泥岩，全岩地段放震动炮后，采煤机可以割动。

c、通过该面矿压观测顶板压力为41MPa，周期来压为50MPa，而支架初撑力3090KN，工作阻力4000KN，支护强度65～69MPa。

完全能够满足支护需要。

三、工业性试验

一、主要技术管理措施

1、工程质量管理

1.1调整采面伪倾斜，使机头尽可能超前，加大工作面煤壁与断层走向方向的夹角，减少断层在工作面同时暴露的架数。

1.2当机头段受F3断层影响开始托煤回采时，机头做超前时，必须人工用手镐做超前，防止出现顶板事故。

若必须放炮时，先人工掏出梁窝，架上临时支护后，再装底眼放小炮进行作业。

1.3当断层随采排向外推进采面开始托煤回采时，要加强托煤地段的顶板管理，支架要提前“带压”移架，支架护帮板要及时护帮，采煤机割煤时只割底刀，防止所托煤层掉落。

若断层地段顶板破碎，必须在此段人工提前做出超前控制顶板。

1.4采面运输机受断层影响地段要尽可能把坡度衬平，确保运输机平稳过渡。

1.5采面需抬溜或落溜时，要控制抬刀或落刀幅度，把幅度控制在100mm/刀左右，严禁幅度过大，造成推溜困难，增加支架工体力劳动。

1.6采面受断层影响地段要保证过采煤机的情况下降低采高，把采高控制在2.4米左右。

1.7在采面过断层期间，要加强采面支架和液压系统管理，保证支架完好，无窜、漏液现象。

1.8在过断层期间，要要严格采面工程质量考核，保证支架正、直接顶严密，断层处每组支架要有数据，防止歪架、倒架。

1.9当采煤机在断层附近割煤时，要放慢割煤速度，采煤机司机要注意观察顶板情况，若出现顶板事故时必须先处理好顶板后再割煤。

1.10在处理顶板事故时，要将运输机、采煤机停电闭锁，采煤机滚筒摘刀。

1.11人员进入煤墙侧作业时，要严格执行敲帮问顶制度，并派专人观山，保证退路畅通，关闭作业地段支架护帮板截止阀，确保安全施工。

1.12在处理顶板事故时,要采取“自上而下”的原则逐架进行，并及时疏通通风断面，防止回风流瓦斯超限。

1.13在过断层期间，各班要在断层段备足物料，出现顶板事故时能及时处理。

2、防止煤炭自燃管理

2.1在过断层期间，由于采面推进度慢，为防止煤层自燃，要洒好阻化剂，施洒量400Kg／刀。

2.2增加采空区遗煤地段阻化剂施洒量的同时，加强机头段封堵，减少采空区漏风。

3、放炮安全管理

3.1采面在过断层期间，放炮时要严格执行“一炮三检”和“三人连锁”放炮制度。

放炮警戒的设置为风巷撤到风门以外，机巷撤到机巷压风自救处。

3.2为确保煤质和保护采煤机，需对岩石段进行放震动炮。

放震动炮时要坚持少装药和拉小炮的原则，防止因放炮不当而造成顶板事故。

3.3放炮前必须停止支架供液，放炮后检查支架手柄是否归零后，方可供液。

3.4放炮前必须对放炮地点的设备加以保护，防止蹦坏设备。

3.5放炮后，必须先检查有无瞎炮后方可进行采煤机割煤。

瞎炮不处理严禁进行其他作业，更不能交给下班处理。

4、防突管理

4.1在采面过断层期间要加强防突管理，风、机巷压风自救装置必须完好，无风时严禁生产。

4.2在采面过断层期间要加强防突测试工作，若出现测试超标时，要通过补打采面浅孔抽放钻孔后继续测试，直至不超为止。

4.3在采面过断层期间采面浅孔钻孔施工时出现喷孔时，必须在两侧补打钻孔，直至不喷孔为止。

4.4根据煤层突出规律，当采排从断层的下降盘向上升盘方向推进时，受外侧下降顶板的遮挡，里侧煤体的瓦斯释放将会受到阻碍，工作面在通过时瓦斯有增大甚至发生突出的可能，故在采面过断层期间，要把受断层影响区段的浅孔抽放钻孔孔数增加一倍。

4.5在采面过断层期间，受断层影响地段在打采面浅孔具体操作时，要根据断层上、下盘的煤层发展趋势，及时调整打眼的角度，尽可能把浅孔施工到煤层中，提前释放断层处煤体中瓦斯。

在采面过断层期间，队管理人员要经常深入井下，发现、协调、处理过断层期间的各类问题。

二、劳动组织管理

1、采用“四、六”之作业方式，即三班采煤，一班检修和打采面浅孔释放眼。

早八点检修和打采面浅孔释放眼，其余三班生产，每班一刀煤，断层处过一次，实行正规循环。

2、早八点打采面浅孔释放眼时派专人配合防突队搞好采面测试，确保过断层期间不突出。

3、其他三个生产班过断层放炮期间，及时通知调度室，采取分采分运措施，保证煤质。

四、经济效益和社会效益

1、经济效益

A、7月1日—10月8日，生产原煤11.5万t，净获经济效益1066.2万元。

表1戊9-10—21190采面过断层期间产量

月份

7

8

9

产量（万t）

4.0

3.5

4.0

合计（万t）

11.5

W=走向×采长×容重×采高×回采率

=100×249×1.389×3.5×0.95=11.5万t

A=115000×（301.04－208.33）=1066.2万元

B、节省因跳眼而需投入的工资费用101.1万元

C、减少掘巷道、回收上网、打木垛工程，少投入材料费（锚杆10元/根，坑木900元/米3，金属网99元/卷）。

C=1067×10+60×900+300×99=9.4万元

共获经济效益：

M=A+B+C=1066.2+101.1+9.4=1176.7万元

2、社会效益

2012年7月3日，该面正式进入断层，我们严格按照措施组织施工，在全矿相关单位的协调和支持下，到2012年10月8日，断层全面安全过完，生产走入正常。

此次硬过断层具有明显的经济效益和社会效益，并为今后安全硬过此类断层积累了丰富的成功经验，缓解了矿井采掘接替。

a、因为硬过断层，减少了一个掘进队2个月的工作量，减少了支架安装队1个月的工作量从而保证了其他工程的正常施工，缓解了矿井采掘接替的紧张局面，有利于矿井的高产高效建设。

b、为今后安全硬过此类断层积累了丰富的成功经验。

即在综采工作面出现落差较大的断层时，如果断层的上升盘在回采时易托，下降盘岩石不太坚硬采煤机能割动，断层走向与工作面煤壁夹角较大，断层在工作面同时暴露长度不超过50米时，可以采取上述措施，经过合理组织，是完全可以硬过此类断层，探索出一套安全硬过此类断层的成功经验。