综放工作面过断层技术实践
综放工作面过断层技术管理实践
【摘要】针对二井田煤矿1404综放工作面过断层构造，探讨了开切眼布置以及工作面过构造应采取的技术方案和安全措施，提高了采出率，实现了矿井安全高产高效回采。
【关键词】综放工作面；过断层；技术管理
乌鲁木齐环鹏有限公司矿业分公司二井田煤矿设计生产能力0.54Mt/a，在井田北翼布置一个综放工作面，工作面走向可采长度687m，倾向长度96米，倾角10-14°，采用走向长壁综合机械化后退式放顶煤开采，全部垮落法管理顶板。
二井田煤矿井下生产采用“三·八”制作业方式，三班三运转的劳动组织，即早班、中班生产，夜班超前预爆破放煤。生产三班共有员工61人，平均年龄46岁以上，井下机械设备陈旧老化，经多次维修进行反复利用，工人操作劳动强度极大。
井田北翼边界地质构造分布较多，以断层为主，分别是F10、F11两条正断层。为了解决开切眼布置、工作面安装以及工作面强行推过构造难题，我矿在施工方法、施工工艺、顶板管理、液压支架控制、支护管理、设备保护和改造等方面采取多种综合措施，保证开切眼施工、设备安装安全，工作面顺利推过断层。通过本次实践研究，取得了良好可行性经济效果。
1.开切眼施工概况
开切眼设计矩形断面，宽度7.5m、高度2.8m，采用二次成巷的方法进行施工，即先施工一小断面与两巷贯通，然后再进行二次扩巷。2017年3月18日，开切眼在二次扩巷过程中，由上巷向下巷施工约30米时，距上端头25-10m范围突然出现大面积冒顶，冒顶高度约9m，呈现“人”字形。为了解决冒顶给施工带来的各种影响，公司领导积极组织矿方领导、相关技术人员亲临现场办公，制定了技术攻坚方案，具体如下：
1.1处理冒顶区域前，预先在开切眼内布置“工字钢梁+单体柱”沿着其倾斜方向四排进行支护，并且对顶板下沉明显区域加密锚索补强支护。
1.2冒顶区域前后10m范围采用“工字钢梁+单体柱”沿着其走向方向四排进行支护，排距1m。
1.3针对冒顶区域先进行敲帮问顶，确保安全后对其帮、顶部补打“锚杆+木托盘+铺网”加密支护，然后清理浮渣，最后在开切眼两帮2.6m位置打眼穿入工字钢梁，在梁上方摆“#”字形木垛接顶。
通过实施该方法，顶板得到了有效控制，开切眼在最后施工阶段顺利施工完成，取得了良好的经济效果。原计划因断层影响放弃现施工的开切眼重新选择位置掘进新的开切眼，但经过多方面的技术方法和工艺并举，正常投入了安装和生产使用，估算节约成本86.4万。
2.工作面安装概况
1404综放工作面需安装58副基本液压支架、6副过渡支架、1副端头支架，两幅刮板输送机，一台采煤机；运输顺槽安装一台转载机、一台破碎机、五台带式输送机；回风顺槽铺设760m轨道。
为了尽快投产，解决电厂用煤需求，开切眼在安装过程中存在诸多问题和困难：
2.1工作面的液压支架反复利用、陈旧老化严重且无防倒、防滑、侧推装置。
2.2工作面倾角较大和开切眼垮冒液压支架接不上顶板，支架出现倒架、挤架、咬架等一系列现象。
2.3一线员工年龄普遍偏大、作业人员数量严重不足。
2.4工作面安装大型设备劳动强度极大。
2.5运输系统严重受阻，经常出现平板车掉道、翻车现象。
针对以上出现的问题，矿领导、工程技术人员和一线员工齐心协力、想方设法、亲力亲为、紧盯现场，利用单体液压支柱进行扶架、调架和用链条分组捆绑支架的方式，督导解决现场存在的困难，工作面安装工期由计划的3个月缩短至1.5个月，安全顺利地提前完成了安装，节约安装资金108万。
3.工作面回采概况
1404综放工作面呈南北布置，开切眼在掘进过程中揭露F11正断层，该断层向工作面方向延伸，出现在切眼内距工作面机头12-15m处，F11断层随着工作面不断推进向机头方向延伸，工作面推进40m后，在距机头4m左右消失。受正断层F11的影响，在回采期间，工作面将有6-15m左右的地质构造带，对回采影响较大（见图1）。为了最大限度地减少断层构造对生产的影响，提升初采期间的煤量，决定强行通过断层。在回采期间，结合现场实际情况，特制定了过断层构造段的顶板管理、支架控制、支护管理、设备保护和改造等方面的相关措施。
3.1 回采前的准备工作
工作面回采前，对1404进风巷道超前40米范围紧贴工作面巷道肩窝处施工锚索梁进行补强支护，间距0.5m。
综放队配备5台7655型风动钻机，其中三台工作、两台备用。并保证工作面现场准备10根2m钻杆、10根1.5m钻杆、10根1m钻杆。以及在煤帮和巷道肩窝处打钻时搭建作业平台需用的厚木板（长×宽×厚=2.4m×0.5m×0.05m）6块，届时从掘进队每班协调6名钻眼工，协助综放队加速打钻进度，机修工做好钻机的接线以及维修工作。
安全科积极与综放队联系，为参与打钻的员工进行7655型风钻的使用培训，技术科组织综放队成立过构造段的攻关组，组织技术人员、跟班领导、跟班队长、班组长、安全员以及有经验的老工人针对工作面构造变化情况进行深入讨论，集思广益、博取众长，为过地质构造出谋划策，进行大胆的尝试和探索。
3.2 过构造段期间分项工作技术管理
3.2.1过构造段打眼、穿钢管、铺网管理
工作面打眼与回采交叉作业，即回采前受断层影响，顶板破碎段先打眼、穿钢管、铺设双层金属网支护，后回采。设专人观察顶板变化情况，确认顶板处于良好状态方可搭建作业平台进行打眼、穿钢管、铺设双层金属网、方木等。
打眼根据构造段情况，具体情况具体分析进行处理。
施工方法：工作面1#-9#支架前方顶板垮落比较严重，先在煤壁2.6m处施工一排钻眼，眼距0.3m，长度10m，将DN80×6000mm型32根钢管平行工作面走向方向均匀穿入眼内，位于支架上方；然后沿着工作面倾斜方向铺设长度6m钢管，间距1m，均匀布置；在钢管上方铺设双层金属网进行支护；工作面超前机巷肩窝处垂直巷道施工锚索梁进行补强支护。
施工工艺：准备工作—敲帮问顶—打眼—穿钢管—铺网—推溜—割煤—落煤—装煤—运煤—移架—采空区处理
3.2.2过构造段的采高管理
工作面正常回采段，为了增加煤炭采出率，将采高控制在2.8-3.0m，构造两端从正常段采高下调至2.4-2.6m，尽可能减少构造段破坏影响，便于打眼支护移架管理。
3.2.3过构造段顶板管理
从切眼情况来看，构造段顶板不完整，极其破碎严重，煤体疏松软胶结力差不易留住。因此构造段支护时，必须严格执行上述“过构造段的支护管理”规定，严格控制眼与顶板的眼距，防止支架在眼的上方通过，给移架带来影响。
工作面出现冒顶时，必须等待顶板冒落稳定后，施工钻眼，在支架上方穿入钢管、铺设双层金属网以及方木。局部垮落严重地段，冒落高度较高时，在支架上方架设垂直工作面的板梁，然后在板梁上方搭设“#”字形木垛接顶支护顶板，防止冒顶扩大。
同时要求构造段必须拉超前支架，打出护帮板护顶护帮。工作面下端头也应备有不同长短规格的板梁，以备出现顶板冒落时，及时接顶。
在构造段即使顶上有煤，必须停止放顶煤，防止煤帮冒落与采空区放顶在支架上沟通，造成支架无法接顶、空顶以致于支架拉不动及更大的冒顶，给生产造成更大的被动。
3.2.4过构造段支架管理
工作面存在12°左右的倾角，支架上方顶板垮落导致其无法接顶，处理难度大，经常存在支架倒架的现象，由于拉不动支架而可能影响到每班的循环数，为此，队组一方面应尽可能减缓此处的坡度，要求从工作面开始回采构造范围向机头延伸段要逐步留设底煤、抬高支架，并将工作面调成伪斜。在构造范围及向机尾延伸段要用机组卧底、削平坡顶的变坡点，用此方法减缓断层造成的坡度对生产的影响；另一方面若出现支架倒架、挤架、咬架现象，人工采用单体进行扶架、推架。
队组在拉架的过程中，要采用单体柱“吊”架的方式，在吊起支架后，在支架下方垫设板梁、道木等垫平支架。不仅如此，队组还应加强支架管理，防止出现相邻支架落差过大，造成支架钻入相邻支架下的情况出现，即挤架、咬架。必要时，及时降架调整。
在调整支架底座水平的同时，队组还应注意支架对顶梁的支护质量。由于构造段顶板也呈现12°的坡度，若简单调整支架底座水平，势必造成支架顶梁局部支撑顶板，破坏顶班的完整性，使得本破碎的顶板更加难以维护，因此队组应尽可能降架前移后，在支架顶梁上靠机头半边垫板梁、道木等，确保对顶板的支护质量。
3.2.5过构造段设备改造
SZZ730/110型中双链刮板式转载机，由于搁置时间较长，加上原配置的启动装置和双速电机缺失，原厂设计时没有配置破碎机接口，因1404工作面安装工期紧张，于是对该设备进行了如下改造：
① 加工改造了破碎机底槽两端的输入接口和输出接口，改造了破碎机两端入料槽和出料槽的中板及底板、连接板和定位销，成功的连接破碎机与转载机；
② 由于原装110KW双速电机和双速电机专用启动装置在使用过程中进行了挪用，双速启动方式和单速启动方式不一样，导致现有的110KW单速电机和转载机变速箱不配套，无法连接；机电工段积极外协加工和自己加工改造了转载机动力部的连接罩、变速箱连接盘，使转载机传动系统成功连接了现有500型液力偶合器，连接罩、连接罩过渡连接盘、电机、减速器连接盘、定位套等；
改造后的变速箱与110kw的电机相匹配，并具有较好的性能，便于拆装。弹性连接位置符合行业标准，能够承载我矿前后部刮板机的最大负荷，改造后的易损件都为市场通用件，市场容易购置。
③ 转载机原厂设计时没有配置破碎机接口，破碎机接口改造成功连接后，转载机配置的自移系统数量不够，矿领导联系厂家到矿指导加工自移系统配件及连接装置，破碎机输入槽、输出槽上加焊迈步自移座体连接板，增加4件特殊座体，与凹槽配套安装；连接装置改造迈步自移加导轨4根，按图示位置装配，保证与破碎机无干涉；该设备改造完毕后入井安装调试，运行良好，为煤矿节约外协改造费用约16万。
3.2.6过构造段的安全管理
由于构造出现在工作面前部，割煤时煤尘较大，打钻时必须做好观顶监护工作，注意片帮，同时在平台上作业人员必须强化安全意识，做好自身保护，观顶监护人员必须站在刮板机闭锁跟前，发现意外及时闭锁。
工作面处理支架倒架需要“吊”架时，必须组织经验丰富的人员进行作业，待支架吃劲后，操作人员应及时撤出掩护地点，实行“远方操作”，防止单体柱脱出伤人。
工作面出现冒顶时，必须等顶板冒落稳定后，在有专人监护的情况下方可接顶。跟班领导、班组长以及安全员应跟班到构造处，积极协调解决生产中出现的问题。
通过对构造段打眼、穿钢管、铺网管理；采高、顶板以及液压支架管理，工作面产量逐月提升，超额完成月度原煤生产计划产量4.5万吨。其中7月份生产原煤产量7.5万吨，创历史新高水平，6-12月超额完成产量累计8万吨，创造效益资金240万元。
4.工作面转采施工方法及工艺改进
4.1转采方法
在转弯过程中，为了不拆除液压支架和刮板输送机，减小支护劳动强度，保证工作面支架能及时调整方向并且控制顶板，因此在上顺槽工作面外设虚拟旋转中心，即下顺拐点转过角度57°，上顺转过角度57°，工作面平均转角57°，工作面按照虚拟中心做扇形逆时针旋转。
4.2转采工艺
当工作面风巷推进至导线点T2152.624前7.5m处，机巷推进至导线点T2155.32前9.6（该点为下顺抹采起始点，距离下顺槽拐点结束9.6m）处，将工作面调平、调直，保证工作面与上、下两顺槽垂直，此时开始调整工作面。
本工作面采用对刮板输送机机头抹刀的方法进行转采调整，调整期间采煤机正常进刀割帮。从转弯开始至结束设计转采比为1:8，即工作面刮板机机头推进4.8m，机尾推进0.6m，依上述方法按照转采比依次顺序转采（备注：当工作面支架出现挤架时，根据现场实际情况割通刀进行调整）。转采过程中每割一刀必须采用由上至下依次移架，由机尾至机头的顺序进行推移刮板输送机，防止刮板输送机上窜，保证工作面输送机与下顺槽转载机的正常搭接。每个循环必须保证推进度，可采用机头推8遍，机尾推1遍的方法进行工作面调整。工作面调整期间，每个循环必须及时调整每部液压支架的角度、间距，保证支架垂直煤壁。一旦出现挤架、咬架和错架现象应立即处理。
该转采方案创新实施，不但降低职工劳动强度、减小转采工期，而且有利于综放工作面转采期间顶板有效管理，安全得到了有效保障，节约成本48.75万元。
5 .结束语
针对断层构造对开切眼施工、工作面安装以及工作面回采影响，通过在顶板管理、液压支架控制、支护设计优化、设备保护和改造等方面采取的多种举措，不仅使得工作面安装工期缩短1.5个月，而且工作面过断层构造期间产量平稳2400t/d左右，保证了安全生产双丰收。通过2个月的不懈努力，采用特殊的管理方法以及实施可行性的技术方案，构造段得以顺利通过，共节约成本资金259.15万元、创造原煤效益资金240万元。本次过断层为二井田煤矿过类似断层积累了经验，对以后的安全生产具有指导性意义。
