特殊条件下的采煤工艺.ppt

特殊条件下的采煤工艺,(一）工作面过断层工艺,(二）工作面过陷落柱工艺,授课人：张 勇,第一部分 工作面过断层工艺,一、断层定义及影响：1、定义：岩层受地应力作用产生破裂，在力的作用下破裂面两侧岩块发生显著相对位移，这种断裂构造称为断层。2、影响：断裂构造是煤矿采掘工程常见的地质构造形态，断层给采煤工作面安全生产带来了极大的影响，尤其是大倾角工作面突遇落差较大断层，为确保施工安全,不得已常常采取工作面搬家、重新开切眼或局部补眼,造成丢三角煤,致使回采率降低、采掘接替失调,造成吨煤成本增加、降低了生产效益。,二、断层的分类（两盘相对位移分类）：1、逆断层；断层的上盘相对上升，下盘相对下降。2、正断层；断层的上盘相对下降，下盘相对上升。3、平推断层；断层的上下盘沿水平方向移动，虽出现断裂，但不存在上下位移。见图1-1。,图1-1,三、判定断层可否通过的条件：判定断层可否通过的两个主要条件是断层线与工作面夹角，以及断层落差。1、工作面与断层线斜交时，夹角越大，处于断层带的采区面积越小，过断层工程量越小，过断层时间越长；反之其夹角越小，过断层工程量就越大，过断层时间越短。一般来说，对于中等稳定以上顶板，工作面与断层线夹角以20度-30度为宜；对不稳定顶板，工作面与断层线夹角可在30度-45度。,2、断层落差较小时，剩余煤层厚度小于液压支架的最小支撑高度，不影响机组通过；落差较大时，则影响机组通过，需要因地制宜地采取措施（挑顶卧底）过断层。当由于落差过大、机组通过困难时，就应考虑工作面搬迁或绕过断层。在上述断层的破碎带内，煤的破坏程度较岩层严重，坡度小。当采煤工作面通过断层时，与保留岩顶相比，保留煤顶要困难得多。,四、过断层方法：1、过断层方法,2、综采工作面处理断层参考方案,3、直接硬过的几种过断开采方法：1）、直接割煤过断层：当断层落差较小，上下两盘接触处之间的煤层的厚度大于或等于液压支架的下限通过高度，则液压支架可以顺利通过，综采工作面可直接采煤过断。2）、割顶(底)采煤过断：断层上下两盘接触处之间的煤厚小于液压支架下限通过高度，煤层底板或顶板岩石较软且顶板较整，可通过机组割底或割顶直接采煤过断。3）、用预掘巷与割底相结合的方法过断层落差较大，可采取预掘巷辅助法过断。,五、断层带附近煤岩破坏状况：1、断层是由于地层的运动、挤压等形成的，是地层运动过程中能量的聚集和释放的结果。地层中聚集的能量在释放过程中，岩层要断裂、挤压、错动、破碎等，并伴有大量裂隙的产生。因此，在断层带附近，形成断层的破碎带，如图5-1所示。2、一般顶板岩层的强度大于煤层的强度，在同样大小力的作用下，煤岩破碎后，煤的粉末多于顶板岩石的粉末，即煤的破碎程度比岩石的严重。在断层的破碎带内，煤的破坏程度较岩层严重，块度小。当回采工作面通过断层时，与保留岩顶相比，保留煤顶要困难得多。,图5-1 断层破碎带示意图,六、综采面过断层时附近煤岩破断研究：1、综采工作面过正断层，以图6-1点划线的方向从上盘向下盘推进。当工作面还在断层的上盘，快通过断层面时，断层破碎带弱变区A范围内的煤层由于破坏严重，而A区的煤沿断层面的下滑力为，因而煤层保留不住，会发生片帮。工作面煤壁片帮后，端面空顶范围增大，破碎的顶板岩层可能会发生冒顶，从而影响生产。,图6-1综采工作面,2、当工作面从上盘推进到下盘时，因支架不能直上直下，需割底板，留顶煤推进，而这部分顶煤处在断层破碎带弱变区B范围内，破坏严重，顶煤保留不住，端面就会发生冒顶。3、工作面过正断层，从下盘向上盘推进时；工作面过逆断层，从上盘向下盘推进和从下盘向上盘推进时，均存在与上述类似的不利情况，如图6-2、6-3、6-4所示。,图6-2综采工作面从下盘向上盘推进过正断层,图6-3综采工作面从上盘向下盘推进过逆断层,图6-4综采工作面从下盘向上盘推进过逆断层,七、工作面端面顶煤（板）冒落分析：1、端面顶板冒落后，如不进行勾顶，而采取让支架抬头的工作方式来应付端面冒顶，其结果不仅降低了支架的承载能力，而且会进一步恶化顶板。而由于平衡千斤顶伸出量的限制，过大的顶梁抬头，又会造成大量支架平衡千斤顶和耳座的损坏。2、即使支架闯过冒顶区，支架顶梁上的顶板也已破碎和出现空洞，支架无法支住顶板，自身的稳定性也很差，极易导致支架沿工作面倾斜方向倾倒，支架顶梁相互咬架，立柱与底座的销轴拉断等，从而使过断层的时间延长，形成恶性循环。,3、端面顶板冒空后，若采用勾顶和超前支护的方法，势必造成工作面停产处理，致使生产效率降低，坑木等材料消耗增加。因此，在综采工作面过断层时，必须消除断层破碎带内弱变区的影响，尽量防止工作面端面冒顶的发生和煤层片帮的产生。若已发生端面冒顶，必须立即组织人员勾顶，护好顶板，尽快通过断层破碎带。,八、综采工作面快速过断层消除弱变区技术：为了安全、快速地通过断层，就必须消除弱变区的影响，尽量减少端面冒顶的发生。下面以正断层，采面从上盘向下盘推进为例来说明。设断层的落差为h，断层面的倾角为，如图8-1所示。当工作面由断层的上盘向下盘推进，顶板处距断层面L1，底板处距断层面L2时，工作面顶板以的仰角仰采，割顶板岩层，留底煤，使工作面推到断层下盘时，其顶板与下盘煤层的顶板一致，此后工作面再俯采，恢复到沿煤层底板的正常回采。这样就消除了断层下盘弱变区的影响。,图8-1 工作面由断层的上盘向下盘推进,为过断层消除弱变区的影响，针对不同的过断层方式采取的技术措施见表8-1。,九、过断层期间采取技术措施：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30-50。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，对附近的支架要加以保护。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，以使支架和运输机槽处于良好的工作状态。6、断层附近可采取以下支护措施：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；可在煤壁上预先掏梁窝架设超前梁或超前走向棚；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；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，以固定顶板；沿断层开岩巷，巷道顶板采用普通锚杆支护，两帮采用玻璃钢锚杆支护，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。,十、现场工程应用 1、工作面构造区情况：根据IX1324工作面回采地质说明书提供的数据，IX13241巷距停采线向里284米揭露一逆断层F78（走向350，倾向80，倾角19，落差H=5.0m），预计该断层与IX13243巷逆断层F65（走向334，倾向64，倾角14，落差H=2.0m）在同一构造带上，因此对回采影响较大；IX13241巷由于受逆断层F78的影响：在距停采线305295m范围内，巷道由顶向下依次为：砂质泥岩0.61.5m、石灰岩0.10.2m、煤0.11.8m；在距停采线295280m范围内，巷道为全岩巷，岩性细砂岩和砂质泥岩；在距停采线280274m范围内，巷道由顶向下依次为：煤0.21.2m、细砂岩1.21.6m、砂质泥岩0.10.7m；IX13243巷在距停采线266234m范围内，为一构造挤压区，巷道由顶向下依次为：煤0.61.3m、泥岩1.21.5m；IX13243巷在距停采线4737m范围内，由于受到逆断层F65影响，巷道由顶向下依次为：泥岩0.51.6m、石灰岩0.20.4m、煤0.52.1m.,2、制定安全技术措施：（1）过断层时，将断层区域采高控制在1.81.9米之间，机将断层区域前后各5个架采高与构造区采高随平，以便机组顺利通过。（2）顶板破碎时，应及时拉超前架，若顶板破碎厚度在300m以下时，在支架上架设平行于工作2002600mm的联锁板梁，若顶板塌矸严重，冒落高度超过300mm以上时必须进行勾顶。揭露断层后，矸石较软时可采用正规循环作业。若矸石较硬，机组割不动时采用放震动炮，机组扫矸的方法通过。,3、过构造的过程：2011年12月 18 日中午班开始在机头揭露一逆断层构造，工作面 1#5#架有约 0.30.5 米厚的顶矸，需打眼放炮。根据地测部资料，确定为IX1324地质报告中所描述的F78逆断层构造。在构造揭露初期，工作面机头出现顶矸，并向机尾方向延伸。构造情况较为简单，矸软机组直接扫矸通过；出现矸硬的情况打眼放炮，一次放炮可通过机组两次。构造区域只需在每架架顶上两根垂直于工作面2002000mm走向板梁维护顶板。构造区影响生产主要因素是矸硬打眼放炮影响时间。,12月23日构造区1#6#架发展为全矸，对回采影响较大，机组无法直接通过，构造区采取放震动炮措施，一次放炮只能通过一次机组。由于构造区顶板不稳定，局部区域出现塌矸，根据过构造技术措施，在支架上架设平行于工作面的2002600mm联锁板梁，板梁每推进一个循环上一次，上平行于工作面板梁时，第一趟板梁上在构造段单号支架上；如先将构造段的1号架降下拉过，在将板梁平面朝上，放在所将支架上（以便不影响相邻支架降架为宜）；上板梁时，由班组长统一指挥，由专人操作支架阀组，专人观帮观顶，并用长柄工具找掉活煤活矸，确认顶板稳定后，派两名有经验的老工人站在所降支架的侧面（即有掩护地段）将板梁由机头向机尾方向放在1#架支架顶梁上，然后用长柄工具将板梁摆正，待板梁放稳，人员撤出后，班组长方可指挥支架工将1#架升紧，然后继续上3#架上平行板梁，依次类推，待单号架上完后，再将相邻支架顺序拉过，并确保板梁同时搭接在三个支架上，将支架升紧，接顶严实。,1月6日，机头构造区延伸至2#架，机头已走出构造区。一月份，受矸区影响，IX1324工作面工溜机头出现上窜严重，需要进行加槽，导致机尾三角区支护困难，为保证机尾支护质量，在工作面机尾加架。一月底，随着工作面的推进，构造情况变化复杂，构造区（岩性描述）出现塌矸严重，工作面 12#30#架出现采高超高问题，其最高可达 3 米支架不能接顶。且 15#21#架转变为全矸（2 米厚）。我队针对这种现状，及时改变作业方法，采取在支架上打木垛，将顶板勾实的方法，加强顶板管理。机组通过矸区时，机组要放慢速度，多进行观察。如果矸硬无法通过时，则及时停机，并将机组退出，在矸硬的区段打眼放炮。避免因矸硬导致的机组震动过大，而引起对设备的损伤。,此后，工作面构造一直向机尾方向延伸，最长延伸至 58#架，工作面 41#68#架片帮大，片帮最宽到 79m，最高达 23m。面对大范围的片帮，我队继续安排在支架上上板梁勾顶，勾顶时，由班长统一指挥，人员不少于5人，其中派一名有经验的老工人观帮观顶，使用2米以上长的撬棍站在有支护的安全地点认真全面地对冒顶区进行敲帮问顶，将顶帮的活矸、片帮煤找净。专人看护冒顶区的支架操作阀，一至两名身体健壮、反应敏捷、动作迅速的工人站在安全地点进行勾顶，两人负责递料，其余人员备料。勾顶前，先在支架前梁上架设走向板梁，板梁一头搭接在支架顶梁上，另一头顶紧煤壁，并在梁头支设点柱，然后再在板梁上打“#”或“”形木垛接顶。勾顶后保证煤壁侧顶板背实，煤壁顶紧、接顶严密。,2 月 18 日开始，工作面片帮的程度开始减弱。矸区面积开始减小。虽然工作面条件开始好转，仍然坚持之前的措施。不敢掉以轻心。坚持不懈的继续做好顶板管理工作。从 2月 26 日到 29 日，由于工作面条件逐渐好转。并且随着工作面支架逐渐接顶。需要勾顶的区域也在逐渐减少。到 2 月 29 日止，工作面除少数地段顶板破碎，需继续上板梁加强维护，及工作面 50#60#存在不同厚度底矸外。工作面条件已经恢复到正常。每日推进的循环数也开始逐渐增加。F78逆断层构造基本通过。,4、过构造期间的经验总结 从最初的几个架逐渐延伸至工作面大部分区段。构造 从简单的矸区，发展至严重片帮、顶板破碎、塌矸、工作面全矸等综合在一起。工作面条件及其恶劣。1、在过构造期间，放炮时对液压支架、液压管路照明三通、照明灯具、电缆（闭锁键、照明）等机电设备造成损坏，以及煤矸崩入支架滑道内，造成支架滑道堵塞。针对这一现象我队制定过构造挡矸保护装置，放炮前在支架电缆槽空隙内支设单体柱（一架一根），再在单体柱上捆绑上两趟或三趟2.6m或2.8m的板梁，并在框架上绑皮，严密保护以上设施。在过构造期间很好的保护了构造区内设备设施的完好。,2、针对工作面地矸较硬的地段要坚持打眼放炮通过。工作面地矸较硬的区段，如果不进行打眼放炮处理，盲目的采用机组割的方式通过。割矸时，会损坏截齿和齿套，增加材料的消耗。并且，机组剧烈的震动，容易导致变频器或其他机组内的导线被震断。且机组发生故障后，不易发现问题。影响时间较大。3、针对工作面片帮严重，片帮宽度大，且工作面采高高的问题。要及时在工作面片帮地段上料勾顶加强维护。在支架上打木垛勾顶的标准是要勾严勾实。且要坚持在木垛之间上长板梁进行连锁。防止拉架时，导致木垛散掉。上料时，要用长板梁顶到煤帮上，一架两根。并且要在板梁下支柱。如果所上板梁在 3m 以下时，在板梁下支 2 根单体柱，如果板梁长度在 34m 时，在板 梁下支 3 根单体柱，如果板梁长度在 4m 以上时，在板梁下支 4 根以上的单体 柱。且要求所支柱角度必须达要求。片帮大的地段还可以采用背帮的方式阻止 片帮的继续扩大。,4、加强机电设备的检修工作。在过构造期间的机电设备管理也是需要 注意的问题。综采工作面的正常运转主要依靠机电设备的正常运行。如果发生 挤电缆，或者机组零部件损坏等都会导致工作面不能正常的生产。且由于工作面过构造，工作面条件复杂。一旦不注意机电设备的管理，造成大件的损坏。很难进行更换。所以构造期间更应该坚持做好机电设备的检修工作。我队在过构造期间，以提前预防为统一思想，检修班每天对机电设备易损件认真检查，尤其是过构造期间由于打眼放炮频繁，构造区支架受放炮影响经常出现漏窜液现象，检修班每天派专人负责支架的完好工作，保证了过构造期间的安全生产。另一方面，构造区矸块较硬，机组在通过时受到更大的震动。针对这一情况，检修班缩短检修周期，班班对机组各个部件进行细致检修，保证了过构造期间机组的正常运行。,第二部分 工作面过陷落柱工艺,一、陷落柱定义、影响以及形成机理：1、定义：煤层下伏可溶性岩层，经地下水溶蚀形成的溶洞，在上覆岩层重力作用下产生塌陷，形成筒状或似锥状柱体，简称陷落柱，俗称“无炭柱”或“矸子窝”。2、影响：陷落柱是影响煤矿生产和建设的地质因素之一。在陷落柱发育的矿区，常使煤层遭到严重的破坏，甚至可使部分可采煤层煤层失去开采价值。有的虽可开采，但很难布置正规的回采工作面，无法选用机械化开采。否则迫使综采工作面停止推进、跳面或搬家，有很大的危害性。在水文地质条件比较复杂的矿井中，它是地下水的良好通道。为了确保施工安全，要留设保安煤柱，否则将严重威胁矿井的安全。,3、形成机理：岩溶是形成陷落柱的先决条件，但并不是所有的岩溶体都会塌落成陷落柱。在漫长的地质历史时期，在华北石炭、二叠纪的基底奥陶纪石灰岩，经历了不同地质时期的岩溶化作用，岩溶现象普遍发育。由于地下水的不断溶蚀，其溶洞逐渐扩大，在地质应力及上覆盖层重力的长期作用下，破坏了岩体的完整性，有些溶洞发生塌落，上覆煤系地层也随之陷落，形成陷落柱。如下图所示。,上图左下角的陷落柱位于皮带巷与切眼交会处，采用开斜切眼，回采时摆尾式开采，将工作面调整到正常位置。,二、陷落柱的处理 1、采掘设计时，根据陷落柱的发育情况和分布规律，选择合理的巷道布局和采煤方法。2、回采工作面中遇到陷落柱，一般应先探明其形状、大小、位置，然后决定处理方法。主要有三种：,对工作面中部的陷落柱，如果面积不大，采用强行硬割的办法通过陷落柱；如果面积较大，则需要预先开掘新切眼，当工作面推进到陷落柱左侧时，倒面搬家，跳过陷落柱继续回采。当陷落柱位于回风巷附近时，采用缩短工作面长度的办法避开陷落柱。对于上述方法，由于影响工作面布置，遗留大量边角煤，增加了综采工作面设备的拆迁次数，因此只适用于面积大的陷落柱；当工作面遇到直径小于30米的陷落柱时，视陷落柱的岩性，一般可以采用强行通过的方法。,三、强行通过陷落柱的步骤 1、采用控制爆破、采煤机清矸的方法破岩；2、在工作面陷落柱范围内降低采高，所降低的高度以工作面能通过的最小高度为限，做到既减小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、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；,5、如果陷落柱区段顶板破碎严重时，视现场情况在支架上架设平行于工作面的联锁板梁，板梁每推进1-2个循环上一次，上平行于工作面板梁时，第一趟板梁上在构造段单（双）号支架上，保证一根板梁同时搭接在三个支架上。6、根据工作面支架梁端距情况进行拉超前架作业，拉超前架后若梁端距仍超规定及片帮严重地段，在支架顶梁上上垂直于工作面的板梁，板梁保证一架两根。,谢 谢,