综采工作面构造异常区探查与施工分析研究 土木采矿工程专业

1、综采工作面构造异常区探查与施工摘要：刘庄煤矿120601综采工作面在回采的过程中，出现断层和构造异常区，通过水文地质探查和分析，确认异常构造为隐伏陷落柱。根据物探、钻探结果分析该陷落柱充填物胶结程度较好，刘庄煤矿结合矿设备实际情况，优化排水设计，加强顶板管理和矿压观测，建立预警机制。工作面过陷落柱异常构造带时，选用采煤机破岩直接平推的方法通过，当工作面遇硬岩，采煤机切割不动时，则采取放松动炮配合采煤机切割进行破矸回采。过陷落柱异常构造带期间，每天由地测科、总工办对现场构造带进行观测、分析，矿压组每天对构造带附近支架支撑力进行检查，综采队加强顶板管理，保证支架初撑力初撑力达到24MPa，回采过构

2、造复杂区期间，每班安排人员在每割一刀煤后停机对煤壁、瓦斯、地压、滴淋水情况进行观察，如发现异常，立即停止生产，并向矿调度汇报，最终达到安全回采。刘庄煤矿120601综采工作面构造异常区回采技术实践经验，给附近5煤、6煤、8煤、13煤工作面的设计和施工提供了依据。关键词：综采工作面，构造异常区，探查，回采，技术1.概 况1.1 刘庄煤矿简介刘庄井田位于安徽省阜阳市颍上县北部，南距颍上县城20km，西至阜阳市40km。东西走向长约16.0km，南北宽3.58.0km，面积约82.2km2。刘庄煤矿始建于2003年2月，2007年6月建成投产，2012年核定生产能力1140万吨/年。（一）煤层井田内

3、二叠系含煤层段总厚约719m，共含煤30余层，煤层累计厚度32.82m，含煤系数约为4.6%。13层可采煤层平均总厚27.58m，其中13、11、8、5和1为主要可采煤层，平均总厚18.51m，约占可采煤层总厚的67.1%；17-1、16-1、11-1、9、7-2、6-1、5-1和4为次要可采煤层，平均总厚9.07m，约占可采煤层总厚的32.9%。（二）煤层顶（底）板本井田主要可采煤层中，煤层顶板多为砂岩，其余均以泥岩、砂质泥岩为主，少量砂岩；底板多为泥岩和砂质泥岩。1.2 综采工作面概况1.2.1 工作面四邻关系120601工作面采用走向长壁布置，工作面可采走向长为1300m，工作面倾斜长2

4、10m。工作面西起5煤集中上山，距F19（H=0175m）断层57m，东距F32（H=18m）断层36m，北临120501采空区，南为6-1煤未采区。该区域6-1煤与上覆8煤间距2942m,工作面上部对应120801及120802工作面采空区，8煤回采过程中未见异常现象。120601工作面巷道布置平面图1.2.2 煤层及其顶底板6煤层结果简单，自西向东逐渐增厚，平均厚1.28m，倾向170185，倾角817。直接顶自西向东由泥岩渐变为细砂岩，厚度为1.04.0m；老顶为粉砂岩，厚度为1.53.5m；直接底为砂质泥岩，厚度为1.02.0m；老底为粉砂岩，厚度为2.04.0m。1.2.3 地质构造

5、120601工作面处于F19断层与F32断层之间块段内，工作面内地层总体形态为一单斜构造，上下顺槽揭露11条断层，最大落差7.5m，对工作面回采有一定影响。断层名称性质倾向（）倾 角（）落差（m）对工作面回采的影响f120601-4正140393.5对工作面回采有一定影响f120601-5正225476.0对工作面回采有较大影响f120601-6逆186687.5对工作面回采有较大影响f120601-7正213376.3对工作面回采有较大影响f120601-8正30557.5对工作面回采有较大影响f120601-10正246784.1对工作面回采有较大影响影响工作面回采的主要断层一览表1.2.

6、4充水因素分析(1)顶、底板砂岩水6-1煤顶、底板发育有数层细砂岩，局部裂隙较发育，赋含有砂岩裂隙水，是工作面回采时的主要充水水源。(2)断层水120601工作面掘进期间揭露的断层均为不含、不导水断层，工作面回采不受断层水的影响。(3)钻孔水该工作面回采范围不受钻孔水影响。(4)采空区积水120601工作面距上部120801采空区平均法距36m，在导水裂隙带影响范围内，而120601工作面回采前已对120801采空区积水进行了疏放，疏放水量300m3。2 工作面异常体探查与分析2.1 工作面异常体揭露情况刘庄煤矿120601工作面回采210m开始出现断层f120601-10，回采240m出现构

7、造异常。71#89#全岩，岩石主要为泥岩、砂质泥岩、薄层状粉细砂岩，岩石层理清晰，岩层倾角13左右；90#104#全岩，岩石主要为泥岩、细砂岩，局部含破碎的煤层，为6-1煤顶板岩石，岩层紊乱，层理不清，破碎的砂岩混杂在泥岩中，局部地点岩层近直立。构造复杂区内岩石破碎，层理紊乱，多处充填方解石及黄铁矿结晶体。岩层裂隙非常发育，裂隙被方解石充填，局部形成约30cm3的纯空间，空间内壁充填方解石，方解石结晶较好。2.2 井下钻探验证2.2.1 验证钻孔设计在120601轨道顺槽设计了3个钻孔对物探结论进行验证。3个钻孔均严格按照高压水钻孔进行设计，施工时严格要技术要求进行施工。验证钻孔参数表位置孔号

8、方位（）角度（）设计孔深（m）套管长度（m）1号钻场1#孔17315-60104212#孔16345-33102213#孔150-6011221120601工作面陷落柱验证钻孔平面布置图120601工作面探构造异常区验证钻孔2.2.3 探查分析1.1#孔孔深6070米时钻孔有少量漏水，终孔106m 无其他位置漏水，2#孔施工至74.7m时出现漏水，3#孔孔深83m时钻孔出现漏水，说明该陷落柱在6煤层附近裂隙较发育，往深部胶结程度较好。2.2#孔进行注水试验，发现工作面76#架附近底板出水，而2#孔终孔点位于6煤层底板16m左右，分析认为陷落柱深部胶结程度较好，裂隙连通性差，注入水量在浅部积聚，

9、致使从工作面76#架附近底板渗出。3.刘庄煤矿邀请国内防治水有关专家对120601工作面构造异常区进行了专题会诊，根据陷落柱的物探、三维地震和钻探等探查数据资料，专家一致认为120601工作面实际揭露的为隐伏陷落柱，该陷落柱充填物胶结程度较好，不含水、不导水，120601工作面可安全开采。3 采煤方法及回采工艺3.1 采煤方法的选择根据构造异常区赋存情况和回采经验，该区域选用常规后退式单一走向长壁采煤方法开采。沿煤层顶底板采用综合机械化设备，一次采全高，全部垮落法管理顶板。3.2 采高的确定根据工作面液压支架支撑范围（1.2m2.4m）及采煤机（采煤机最低过机高度为1.45m）机顶与液压支架顶

10、梁间的允许间隙，将本工作面采高控制在为1.52.2m。煤层变薄带或地质构造带附近，可采取尽量跟顶，适当破底的方法回采。3.3 综采工作面设备型号采煤机选择国产MG2200/925-AWD型采煤机左右滚筒通过旋转，其滚筒叶片上镶嵌的镐型截齿将煤割落。正常情况下前滚筒沿顶板割煤，后滚筒沿底板割煤，截深800mm。工作面使用ZY8000/12/24D型掩护式液压支架支护顶板，工作阻力8000kN，初撑力5700kN，支架中心距1750mm，支护强度1.0MPa，最大控顶距5.1m，最小控顶距4.3m，移架步距800mm，全封闭及时支护顶板，采用全部垮落法控制采空区顶板。该支架可使用电液控制系统操作，

11、同时具备自动和手动功能，具有支撑强度大，受力状态好，稳定性好，工作可靠等优点，能及时有效地支护顶板。两巷超前支护正常使用ZT23200/18/35型超前支护液压支架进行超前支护，超前支架安装长度21m，每两架一组，共4组。支架支撑高度为1.83.5m，工作阻力为23200KN，初撑力为22616KN，移架步距为800mm，控制及操作系统为手动液压先导控制。乳化泵站选用三台BRW400/31.5A型乳化泵，两台正常工作，一台备用，乳化泵压力不小于30MPa，以保证工作面支架初撑力和支护强度达到规定要求。乳化泵配备1套RX800/35型乳化液箱及1套FRX28型辅助液箱。3.4 回采工艺综采工作面

12、回采工艺为：准备割煤运煤移架推溜。3.4.1 割煤（落煤、放炮）（1）工作面过陷落柱异常构造带时，选用采煤机破岩直接平推的方法通过。通过安设在本工作面的国产MG2200/925-AWD型采煤机左右滚筒通过旋转，其滚筒叶片上镶嵌的镐型截齿将煤割落。采煤机割煤方式为双向割煤。采煤机的进刀方式为采用端头斜切进刀，续刀长度控制在30m。（2）当工作面遇硬岩，采煤机切割不动时，则采取放松动炮配合采煤机切割进行破矸回采。工作面放炮工艺，使用风动凿岩机打眼，多打眼、少装药，以将岩石松动为原则，严禁放大炮。破岩厚度在2m及以上时打3排眼（五花眼）、破岩厚度在2.0m至1.5m时打双排眼（三花眼）、破岩厚度低于

13、1.5 m时打单排眼，打眼深度为2.2m，眼距0.4m。根据岩石硬度变化，炮眼间距及角度随之调整，每孔正常情况下装药2卷，即600g，可随岩石硬度变化适当增减，采用正向装药、串联联线方式；正常一次最大起爆量100个孔，装3卷药时最大起爆量66个孔。3.2.2 支护（移架）用安设在工作面的端头架ZYT8600/16/35D、过渡架ZYG8600/16/35D及中间架ZY8000/12/24D型两柱掩护式液压支架顶梁、伸缩梁相互配合对顶板进行及时支护。正常情况下随采煤机割煤，用天玛公司电液控制系统控制液压支架的推移、支撑、伸缩梁等油缸的动作，完成液压支架及刮板输送机的移动和对新暴露出的顶板、煤壁进

14、行支护。本工作面移架采用分段追机双向邻架操作，每次移一架；液压支架的伸缩梁可采用自动顺序联动操作，每次联动架数控制在10台以内。当出现电液控故障时，可以临时使用非自动方式操作。3.2.3 放顶采用全部垮落法管理顶板。工作面各台液压支架每前移一个步距，其顶梁与掩护梁间铰接处的边线便形成一条切顶线，直接顶会沿该线切断垮落，即：开始放顶。因此，要求液压支架必须上线，直线偏差不得超过50mm；顶梁平整接顶，仰俯角不得超过7；端面距不超过340mm；支架迎山站正不挤、不咬、不歪斜；保证支架初撑力达到22.4MPa。若工作面上下隅角的采空区顶板冒落不及时，悬顶长度超过10m，且压力较大、帮顶变形严重时，随

15、着工作面推进，每隔3-5m沿支架切顶线用直径不小于200mm的木料支设一排切顶密集支柱或打一个木垛加强支护。4 回采技术措施4.1 顶板管理（1）构造带、顶板破碎带附近按最小控顶距进行管理顶板，工作面采高控制在1.51.6m。（2）过陷落柱等构造带附近时，采煤机应平整过渡，保证工作面“三直一平两畅通”。（3）破岩时采煤机如果能够通过则不许放炮，如果割不动，炮眼最小抵抗线不得小于300mm。放炮时，构造带内顶板破碎带的顶部炮眼应适当加大眼距，防止顶板震动过于破碎而冒落、漏空。（4）过构造带期间采用带压擦顶移架，不得大幅度降架，支架拉到位升起接顶后，必须持续供液35秒钟，保证支架的初撑力不小于24

16、MPa。（5）局部煤层受断层影响，煤层底板在上盘时，将出现托煤顶回采，要求加强该段顶板管理，及时伸出支架前梁控制顶板，以尽量少丢煤、安全快速通过断层为原则。（6）周期来压期间，加强工作面的顶板管理，尤其是端头顶板维护，及时移架，超前移架，防止片帮冒顶，来压期间，煤壁侧严禁有人，防煤壁片帮伤人。加快工作面推进速度。来压期间控制工作面采高。两巷超前支护自煤壁向外20米范围应加强支护。4.2 防治水措施根据地质部门提供的120601工作面水文地质情况，工作面风、机巷最大涌水量14.5m3/h，结合矿井设备实际情况，采用二级排水方式。在切眼下口水仓内安设安设2台防爆排沙泵，并敷设1趟DN1084.5排

17、水管，排至胶带顺槽外段120m往外的水沟内。2台防爆排沙泵接于同一根排水管，一用一备，为防止水泵回水，在每台水泵出口的位置均安设逆止阀。防爆排沙泵型号：BQW100/10-7.5/N ，参数：H=10m Q=100 m3/h N=7.5KW。4.2.1 胶带顺槽（1）在胶带顺槽外段距第二中部车场约1140m、900m、200m附近低洼处分别掘水仓，容积不小于2m3。（2）在各水仓内安分别安设2台防爆排沙泵并敷设1趟DN1084.5排水管，将水排至胶带顺槽外段水沟内。2台防爆排沙泵接于同一排水管，一用一备，为防止回水，在每台水泵出口处均安设逆止阀。（3）胶带顺槽外段120m往外排水可直接挖水沟与

18、120601工作面第二部车场水沟连通，通过水沟排水。4.2.2 轨道顺槽（1）轨道顺槽560m、1010m低洼处分别挖掘水仓，水窝容积不得小于2m3，为防止水窝片落，水窝的四壁采用木板进行封闭，水窝旁必须配备相应的清淤设施。（2）在轨道顺槽水窝内安设两台潜水泵，水泵接在一趟DN1084.5排水管排至轨道顺槽外段水仓。为了防止水泵回水，在水泵出口处均应安设逆止阀。（3）轨道顺槽外段低洼点排水可直接挖水沟与120601工作面第一部车场水沟连通，通过水沟排水。4.2.3 排水路线胶带顺槽：120601工作面工作面胶带顺槽东二采区6煤第二中部车场联巷东二采区5煤第二中部车场东二采区5煤轨道上山东二采区

19、5煤下部车场中央轨道石门井底水仓副井地面。轨道顺槽：120601工作面轨道顺槽东二采区6煤第一中部车场联巷东二采区5煤第一中部车场东二采区5煤轨道上山东二采区5煤下部车场中央轨道石门井底水仓副井地面。4.3“一通三防”措施（1）过构造带期间，采煤机切割岩石时，必须安排专人在采机截齿附近洒水，防止产生火花。（2）若工作面在回采过程中瓦斯涌出量较大，用调风、调压措施难以解决时，必须加大对采空区瓦斯的抽放力度。（3）综采工作面上出口液压支架推移时，必须及时派专人进行洒水灭尘，对上隅角附近及上端头支架的顶部洒水充分润湿，同时进行润湿煤体。采机内外喷雾齐全，支架移架喷雾良好。（4）严禁随意丢煤开采，若受

20、构造带影响，必须丢煤回采时，必须以尽量少丢顶煤的原则进行组织，并且在生产过程中，安排专人清理浮煤，减少采空区煤炭自燃现象发生的可能性。（5）综采液压支架必须拉移及时，并且要按施工标准拉直拉齐，如出现支架错位、错缝，其缝中或支架内侧局部任何一处体积大于0.53的空间内积聚的瓦斯浓度2%时，附近20范围内必须立即停止作业，撤出相关人员，切断电源，安排人员进行处理。（6）抽排区人员必须对当天的防火监测数据进行分析、研究，有针对性的采取防灭火专项措施。在工作面回采期间，抽排区将安装在5煤下部车场制氮设备检修调试正常备用，在抽采系统和灌浆系统正常使用的情况下，如120601工作面上隅角CO浓度大于24ppm，并有持续上升趋势等自然发火倾向，制氮装置将投入使用。4.4 保障措施（1）过陷落柱异常构造带期间，每天由地测科、总工办及相关矿领导安排专人到现场跟班，对现场构造带进行观测、分析，及