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采煤工作面遇斷層的安全措施

文檔作者：楊明文檔來源：安徽理工大學(xué)能源與安全學(xué)院		點擊數(shù)：	更新時間： 2020年12月09日
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2011年第2期 能源技術(shù)與管理 109
doi：10．3969~．issn．1672-9943．201 1．02．042
[摘要]
[關(guān)鍵詞]
采爆互 邏斷層的 舍艚施
楊明
(安徽理工大學(xué)能源與安全學(xué)院，安徽淮南232001)
通過對斷層附近頂板結(jié)構(gòu)與力學(xué)特性的分析，論述采煤工作面可能發(fā)生的冒頂事
故以及相應(yīng)的預(yù)防措施，針對各種常見形式的斷層，分別講述采煤工作面的推進(jìn)方
法，并用示例說明采取相應(yīng)安全措施的可行性，為此類情況下煤炭仍能安全高效的
回采提供可靠而有力的參考。
斷層；砌體梁；頂板事故；安全措施
[中圖分類號]TD 353[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]B [文章編號]1672-9943(201 1)02-0109-02
0 引 言
當(dāng)前我國煤炭工業(yè)正處于快速發(fā)展階段，隨
著開采技術(shù)水平和機械化水平的不斷提高，煤礦
安全狀況有了很大改善，但安全生產(chǎn)形勢依然相
當(dāng)嚴(yán)峻，大大小小的頂板事故頻繁發(fā)生，在所有煤
礦事故中占有較大比重。造成頂板事故的原因很
多，主要是人為因素，尤其是在采煤工作面推進(jìn)過
程中遇到斷層時，如果頂板管理不當(dāng)，極易發(fā)生局
部冒頂，給煤礦安全生產(chǎn)帶來一定威脅，對此要采
取必要的安全措施。
1 工作面頂板管理
1．1 老頂?shù)幕涫Х€(wěn)
由“砌體梁”理論可知?，斷層處老頂巖塊受
采動影響后極易沿層面發(fā)生滑落，滑落過程中巖
塊間要發(fā)生咬合，咬合點的關(guān)系如圖1所示。
0
圖1 巖塊咬合點處的平衡
相互間力的關(guān)系及平衡條件為：
(7-cos6L— sin )tan ≥Rcos +Z．sin
Tsin(q~一0)≥尺c0s( 一0)
兄 ≤tan( 一0)
式中卜巖塊所受水平推力，kN；
R一巖塊所受剪切力，kN；
斷裂角，(。)；
巖塊間的摩擦角，(o)。
若g／／'>tan(~p一0)，斷層處老頂巖塊就會沿層
面滑落失穩(wěn)，也就不能形成“砌體梁”結(jié)構(gòu)，事實上
此類情況經(jīng)常發(fā)生。
1．2 頂板事故及預(yù)防
在單體支柱工作面，斷層附近頂板壓力大、破
碎，巖層已發(fā)生破斷，老頂不能形成“砌體梁”結(jié)
構(gòu)，支護不好時易發(fā)生壓垮型或漏冒型冒頂。當(dāng)碎
頂沿傾斜斷層面移動或煤層直接頂板中存在大塊
游離頂板時都可能推倒支柱導(dǎo)致推垮型冒頂E2]。
甚至在一些大的斷層附近由于應(yīng)力過于集中還會
發(fā)生強度較大的沖擊地壓。因此在斷層附近，應(yīng)增
大支護密度，提高支護初撐力，并采取超前支護與
及時支護的方式。斷層兩側(cè)要加設(shè)木垛加強支護，
為防止橫向來壓，還應(yīng)采用連鎖棚；在斷層破碎
處，垂直于斷層面打戧棚或戧柱，以維護斷層面巖
石的穩(wěn)定，支柱要支在硬底上，還要“穿鞋戴帽”；
頂板要背嚴(yán)背實，對于極松軟破碎難支護的頂板，
還應(yīng)采用化學(xué)加固技術(shù)，改善頂板的狀態(tài)，提高其
完整性和自身承載能力口]。
對于綜采工作面，若支架有較大的富余阻力，
可不需另加支護，否則，應(yīng)在支架頂梁下加打單體
支柱加強支護，或沿煤壁架設(shè)順山搭棚加強護幫、
護頂，提高對端面頂板的支撐能力。
無論單體支柱工作面還是綜采工作面，所有
作業(yè)人員進(jìn)入端面作業(yè)時，都必須嚴(yán)格執(zhí)行“敲幫
問頂”制度，一旦發(fā)現(xiàn)安全隱患應(yīng)立刻排除。
110 楊明采煤工作面遇斷層的安全措施 2011年第2期
2 工作面推進(jìn)方法
采煤工作面過斷層前，應(yīng)先摸清斷層的詳細(xì)
情況，特別是斷層的落差以及斷層走向與工作面
的夾角。對采用單體支柱支護的工作面，當(dāng)斷層落
差小于采高時，工作面可用挑頂或臥底的辦法直
接采過去，根據(jù)斷層的方位，在斷層上、下盤位置
應(yīng)提前10 15 m進(jìn)行挑頂或臥底，每個循環(huán)挑頂
或臥底的幅度一般控制在50～100 mm，使底板沿
工作面推進(jìn)方向上仰或下俯的角度最好處于1O。
～ 2O。之間，以滿足回采機械設(shè)備運行的穩(wěn)定性。
如果斷層走向與工作面平行或夾角極小，一般應(yīng)
提前10 m調(diào)整采煤工作面，將工作面調(diào)成與斷層
走向呈斜交的位置，夾角控制在20?！?0。為宜，即
工作面逐段過斷層，避免全工作面同時過時維護
困難 ]。在采用采煤機落煤的工作面，當(dāng)斷層暴露
巖石堅固性系數(shù)廠<4時，采煤機可以直接切割；
當(dāng)廠≥4時，斷層段嚴(yán)禁使用采煤機強行破巖，應(yīng)
采用爆破落煤或放震動炮助采，但要防止崩倒崩
壞支柱。
當(dāng)斷層落差大于或等于采高時，應(yīng)根據(jù)不同
情況，采取以下三種方法：①對于與工作面垂直的
斷層，則可以斷層為界，將工作面分為兩段，沿斷
層掘進(jìn)中巷，上段工作面的煤炭可由中巷運出；如
果斷層延伸起伏，也可不掘中巷，而沿走向每隔數(shù)
米開掘斜眼，經(jīng)下段采煤工作面運出。②若斷層與
工作面斜交，可另掘開切眼，使采煤工作面跳過斷
層再回采，斷層兩側(cè)三角煤應(yīng)予回采。具體的辦法
是：若斷層與工作面的夾角小于25。，可調(diào)斜工作
面重掘新開切眼；若夾角為25。 60。，可采取留
通道逐漸縮短工作面并重掘開切眼避開斷層。③
遇到與工作面平行的斷層時，常需另掘開切眼，采
煤工作面推至斷層一側(cè)停采，遷至新開切眼再回
采，這樣可避免斷層附近回采的困難，但增加了掘
進(jìn)量和設(shè)備的搬移。
綜采工作面遇到落差小的斷層時，可采取調(diào)
整采高、挑頂臥底、墊矸石或木板、架設(shè)木垛及提
吊支架等措施直接通過 ；對于走向較長且平行
于工作面的斷層，當(dāng)頂板壓力很大時，為防止支架
出現(xiàn)大面積壓死現(xiàn)象，應(yīng)讓工作面與斷層斜交。斷
層落差大不能通過時，應(yīng)另掘開切眼。
2．1 m，工作面長度220 m，煤層走向長度l 000 m，
傾角60 8。，在距開切眼536 m處有一正斷層，
走向長度255 m，落差2-3 m，斷層走向與工作面
夾角20。。為了使工作面Jl~,N通過該斷層，特采取
以下安全措施：從提高煤炭回采率出發(fā)，采用調(diào)斜
工作面沿斷層重掘新開切眼法，斷層兩側(cè)各留
8 m的保護煤柱。工作面調(diào)斜方法為：待采煤機割
完調(diào)斜前的最后一刀煤時，工作面一端停移輸送
機，另一端則移夠一個截深，并將輸送機調(diào)成一條
直線，然后采煤機割煤，每刀煤都是一個小三角
形。每循環(huán)的轉(zhuǎn)角：
(~=arctan(／VL)
式中 一每循環(huán)轉(zhuǎn)角，(。)；
一采煤機的截深，m；
一工作面長度，m。
工作面不動端由于多次放頂?shù)挠绊?，頂板?
力大，容易冒頂，預(yù)先用木垛加強支護，附近的煤
壁用粘結(jié)劑進(jìn)行化學(xué)加固。隨著工作面長度的增
大，不斷增加支柱的數(shù)量，確保支柱間有合理的柱
距，防止因柱距增大，造成頂板管理困難。待工作
面調(diào)斜到與斷層走向平行時，停止回采，將設(shè)備搬
移到新開切的眼繼續(xù)進(jìn)行類似的調(diào)斜開采，隨著
工作面長度的減小，不斷減少支柱的數(shù)量，直至工
作面進(jìn)入正?；夭?。整個回采過程如圖2所示。
3 示例與分析
某礦8102工作面，采用高檔普采，平均采高 備，
(a)工作面調(diào)斜方法
(b)工作面過斷層示意圖
圖2 調(diào)斜工作面重掘新開切眼過斷層
這種回采方法安全性高，工藝簡單，不損壞設(shè)
有效地減少了煤炭的損失，(下轉(zhuǎn)第113頁)
2011年第2期 能源技術(shù)與管理 ll3
想素質(zhì)方面進(jìn)行培訓(xùn)，讓充分明白自己所在崗位
的重要性，從而提高安全生產(chǎn)責(zé)任意識。④加大獎
罰力度。在施工過程中，以月為單位對打鉆工進(jìn)行
考核，對于在打鉆過程中當(dāng)月完成任務(wù)突出，未發(fā)
生事故的班組給予獎勵，對于在施鉆過程中由于
人為原因造成的卡鉆事故，給予責(zé)任人以相應(yīng)的
經(jīng)濟處罰，從而提高施工人員的安全生產(chǎn)責(zé)任意
識。⑤加強現(xiàn)場管理。在現(xiàn)場管理上實行三級管
理，班長對整個作業(yè)過程負(fù)全面責(zé)任，鉆機操作工
負(fù)責(zé)整個鉆機的操作和數(shù)據(jù)的分析、問題的處理。
輔助工協(xié)助鉆機司機搞好鉆孑L施工工作，同時對
施工過程相互進(jìn)行監(jiān)督、相互提醒，一旦發(fā)現(xiàn)有卡
鉆的預(yù)兆及時提醒鉆機司機停止鉆進(jìn)，向外退鉆
并沖孔，待一切回水正常后，鉆機司機方可向前鉆
進(jìn)。對于在工作過程中，不認(rèn)真或?qū)λ才殴ぷ髀?
實不到位的，班長有權(quán)進(jìn)行處理，與此同時，科隊
領(lǐng)導(dǎo)要不定期對現(xiàn)場管理工作進(jìn)行檢查，做到人
人頭上有責(zé)任，處處檢查有落實。⑥完善崗位作業(yè)
標(biāo)準(zhǔn)。要求所有崗位作業(yè)人員必須經(jīng)過培訓(xùn)，在工
作過程中要分工明確責(zé)任到人；鉆機司機要保持
清醒頭腦，認(rèn)真操作，詳細(xì)記錄，遇到情況要采取
果斷措施；加強設(shè)備的檢查、維護保養(yǎng)，要嚴(yán)格按
照千米鉆機操作規(guī)程和設(shè)備維修維護保養(yǎng)制度執(zhí)
行，確保設(shè)備正常運行；遇特殊情況要長時間停鉆
時，必須提前將鉆桿退至安全位置并沖洗孔，防止
鉆孔垮塌卡鉆；嚴(yán)格交接班管理，盡可能做到少停
鉆、多洗孔，交接時，要認(rèn)真看記錄，找重點，聽取
注意事項；在施工過程中若遇到軟層時，要定時填
加打鉆液，同時要實時調(diào)整彎頭方向，使鉆桿在最
短距離內(nèi)通過軟煤層。⑦開展班組交流會。定期組
織人員進(jìn)行相互交流，取長補短，互相學(xué)習(xí)，有時
還組織人員和周邊大寧煤礦千米鉆機人員進(jìn)行相
互探討，增長新的知識，為該礦的千米鉆機順利實
施打下了堅實的基礎(chǔ)。
7 取得效果
通過近1 a來的不懈努力，礦井瓦斯抽放取
得了一定的成效，礦井瓦斯抽放量由2010年3月
份的12 m3／min提高到了23 mB／mln，礦井瓦斯抽
放率由原來的25％提高到了53％，礦井總回風(fēng)巷
的瓦斯?jié)舛扔稍瓉淼?．6％降至0．35％，掘進(jìn)工作
面在掘進(jìn)過程中，防突預(yù)測指標(biāo) 1值超限次數(shù)
大大降低，起到了提前消突的作用，千米鉆機的應(yīng)
用在礦井的瓦斯治理起到了應(yīng)有的成效。通過對
卡鉆事故的認(rèn)真分析和總結(jié)，并結(jié)合實際采取相
應(yīng)措施，在2010年8一l2月份打鉆過程中，未發(fā)生
一起卡鉆事故，使礦井的千米鉆機得以順利實施，
瓦斯抽放量得到很大提高，為該礦創(chuàng)建全國瓦斯
治理示范礦打下了堅實基礎(chǔ)。VLD一1000型千米
鉆機在該礦的應(yīng)用，受到市縣各級領(lǐng)導(dǎo)的高度贊
揚，已列人十二五規(guī)劃重要內(nèi)容，準(zhǔn)備在全縣高瓦
斯礦井和煤與瓦斯突出礦井進(jìn)行推廣。
[作者簡介]
梁豐廷(1976一)，男，山西陽城人，助理工程師，現(xiàn)在山
西陽城竹林山煤業(yè)有限公司從事煤礦通風(fēng)與礦井瓦斯抽
放管理工作。 [收稿日期：201卜0卜08]
(上接第1 10頁)提高了經(jīng)濟效益。
4 結(jié)語
采煤工作面遇斷層在煤礦生產(chǎn)過程中特別常
見，尤其在兩淮礦區(qū)，煤田地質(zhì)條件非常復(fù)雜，對
此，在工作面布置階段，應(yīng)盡量把斷層甩在開采范
圍之外，尤其是對于對回采和頂板管理影響較大、
落差大于采高的斷層。實在不可避免時，除了采取
上述安全措施外，還應(yīng)當(dāng)加強支護質(zhì)量與頂板動
態(tài)監(jiān)測，并且對作業(yè)人員要進(jìn)行合理的組織、分配
與管理，確保煤炭安全高效的回采。
[參考文獻(xiàn)]
[1]錢鳴高，石平五．礦山壓力與巖層控制『M]．徐州：中
國礦業(yè)大學(xué)出版社．2003
[2]竇林名，陸萊平，牟宗龍，岑傳鴻．采場頂板控制及監(jiān)
測技術(shù)[M]．徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2009
[3]高存寶，谷德忠．采掘工作面安全生產(chǎn)支持系統(tǒng)[M]．
徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2007
[4]段緒華，凌標(biāo)燦，金智新．煤礦頂板事故防治新技術(shù)
[M]．徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2008
[5]徐永圻．煤礦開采學(xué)[M]．徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版
社．1999
[6]秦忠誠．構(gòu)造復(fù)雜煤層開采[M】． 北京：煤炭工業(yè)出
版社．2009
[作者簡介]
楊明(1985一)，男，安徽淮北人，安徽理工大學(xué)學(xué)生。
[收稿日期：2010—10—22]

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