薄煤層工作面過(guò)斷層破碎帶壓裂技術(shù)研究

1應(yīng)力功能區(qū)卸壓及工作面存在的問(wèn)題華豐煤礦1號(hào)、4號(hào)和6號(hào)煤礦為前一組，距39m。4號(hào)煤層為強(qiáng)沖擊地壓煤層1101工作面為1號(hào)煤層的首采解放層工作面,為1411綜放工作面上平巷應(yīng)力集中區(qū)范圍卸壓作服務(wù),如圖1所示。受下伏1410工作面采空區(qū)冒落及裂隙帶的影響,1101工作面上部25~35m巖層整體下移,致該區(qū)域煤巖層裂隙發(fā)育、松動(dòng),上部水通過(guò)巖石裂隙進(jìn)入工作面,受頂板水威脅,并因受構(gòu)造應(yīng)力及頂板水的破壞,工作面煤層頂板出現(xiàn)下沉及松軟現(xiàn)象,造成頂板完整性差,片幫冒頂現(xiàn)象頻繁,對(duì)工作面生產(chǎn)造成嚴(yán)重安全隱患。工作面回采過(guò)程中,在石門(mén)以東揭露4條落差10m的正斷層,傾角28°~44°,全巖走向影響范圍為80~100m。如圖2所示。2采礦法的選擇工作面為走向長(zhǎng)壁后退式采煤法,先后采用了綜采和炮采2種工藝。先期為綜采施工工藝。如何安全高效采出資源是目前所面臨的重大問(wèn)題3錯(cuò)誤設(shè)計(jì)由于1101工作面為解放層工作面,從礦井安全、經(jīng)濟(jì)和工程技術(shù)方面綜合分析,只能采用平推強(qiáng)過(guò)的方法施工。3.1層走向采空煤調(diào)濕的開(kāi)挖施工主要流程平推強(qiáng)過(guò)斷層,應(yīng)確定合理的施工參數(shù),為此需對(duì)斷層性質(zhì)、參狀、發(fā)展趨勢(shì)和影響范圍與巖性,以及平巷層位等諸因素進(jìn)行必要的分析,以此來(lái)綜合制定針對(duì)性措施。工作面兩條巷道揭露4條落差10m左右的正斷層,其中西邊上下2條斷層走向看可作為1條處理,自西向東開(kāi)采,從下盤(pán)煤進(jìn)入上盤(pán)煤,總體推采方向是下坡施工,需提前確定挖底參數(shù),是工作面采用平推強(qiáng)過(guò)斷層的有效的成熟經(jīng)驗(yàn)。確定了挖底參數(shù)的原則是能夠體現(xiàn)出安全上的可靠性、技術(shù)上可行性和經(jīng)濟(jì)上的合理性,其關(guān)鍵是工作面推進(jìn)過(guò)程中層位的合理控制。這就要求既要考慮現(xiàn)場(chǎng)安全管理和生產(chǎn)組織上的難易程度,又能照顧到設(shè)備性能及安全以及礦井提升運(yùn)輸系統(tǒng)的排矸能力。確定挖底參數(shù)的主要依據(jù)是斷層產(chǎn)狀、煤層條件和設(shè)備性能等。根據(jù)礦井開(kāi)采經(jīng)驗(yàn),炮采工作面過(guò)斷層必須在三維空間進(jìn)行立體控制,重點(diǎn)是確定走向和傾向施工參數(shù),提前挖底距離和每循環(huán)工作面內(nèi)挖底范圍向端頭方向的延伸量,可由下列公式計(jì)算確定。每循環(huán)走向提前挖底距離S和每循環(huán)挖底量H分別為其中:S3.2工作面分段變換傾角在方案實(shí)施過(guò)程中,筆者發(fā)現(xiàn)所確定的挖底范圍基本上能滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)安全的需要。但由于斷層參狀的微變、操作人員變化、施工質(zhì)量不保等原因,通常不易控制,為解決這一問(wèn)題,需采取以下措施:將全巖范圍內(nèi)頂、底板盡量保持水平,因粉砂巖和中砂巖普氏系數(shù)大,打眼爆破困難,采取工作面分段變換傾角的方式,傾角在20°~36°內(nèi)變化,最大限度地減少其影響,同時(shí),工作面推采時(shí)以順平工作面運(yùn)輸機(jī)為主,保證上下出口高度與兩巷頂?shù)装逡恢?如圖2所示。通過(guò)以上理論計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)施工,證明該方法操作簡(jiǎn)單,便于掌握,確保了工作面安全通過(guò)斷層。4錯(cuò)誤調(diào)用關(guān)鍵4.1工作面爆破方式1)炮眼布置。炮眼布置為五花眼,炮眼間距600mm,上眼距頂板300mm,仰角5°~10°,下眼距底板200mm,俯角5°~10°,在工作面全巖段每隔1個(gè)架棚打1個(gè)腰眼,眼距1.2m,距頂板600mm,距底板500mm。由于揭露巖石為粉砂巖、中粒砂巖,硬度大,需采用風(fēng)鉆機(jī)具打眼。2)采用水膠炸藥,由于工作面采高小,工作面運(yùn)送炸藥時(shí)易損壞,又根據(jù)水膠炸藥爆破威力大、防水及包裝嚴(yán)密不易損壞,將原使用的乳化炸藥更換為水膠炸藥,通過(guò)優(yōu)化爆破參數(shù),增強(qiáng)了爆破效果,提高了工作面施工速度。3)爆破方式。采用由下向上分段拔茬放炮,由專(zhuān)職放炮員及專(zhuān)職站崗人員負(fù)責(zé),工作面放炮時(shí)所有施工人員撤離至安全地點(diǎn),炮后由上向下清理浮煤矸后,開(kāi)始分段鋪網(wǎng)、掛梁支設(shè)臨時(shí)柱。工作面出煤矸采取獨(dú)頭作業(yè)自上而下進(jìn)行,出煤人員進(jìn)入時(shí)上方須全部清理干凈煤矸,并設(shè)好擋板。直徑大于10cm以上的塊矸不得進(jìn)入運(yùn)輸系統(tǒng)。4.2工作面斜開(kāi)采,防止回柱倒繩鉤工作面過(guò)斷層期間,整體呈挖底狀態(tài),切頂線(xiàn)高于煤壁線(xiàn),為減少影響,工作面調(diào)為仰斜開(kāi)采,防止回柱放頂時(shí)采空區(qū)矸石竄入工作面,避免造成矸石下滑大面積推到支柱;工作面所有單體支柱拴牢防倒繩鉤,防止倒柱傷人;為方便工作面行人、運(yùn)料和施工,沿工作面傾斜每隔1架棚(1.2m)設(shè)置1塊橫蹬木,橫蹬木采用半園木,隨工作面推進(jìn)而前移。5安全出口管理5.1上出口加強(qiáng)支護(hù)工作面受斷層影響,上平巷與工作面上出口落差較大,給工作面正常推采帶來(lái)一定困難,造成U型棚腿失腳,失腳處及時(shí)補(bǔ)接U型棚腿,上平巷與上出口接觸點(diǎn)采用支設(shè)帶帽點(diǎn)柱斜撐維護(hù)上出口,落差較大時(shí)設(shè)置行人扶梯,如圖3所示。5.2出煤過(guò)程臨時(shí)施工組織安裝工作面分段支柱設(shè)置好擋卡,并保證活柱伸縮量不少于200mm。分段回柱時(shí),必須保證支護(hù)系統(tǒng)安全可靠,加強(qiáng)切頂排管理,防止撕網(wǎng)竄矸。工作面人行道內(nèi)每10架棚設(shè)置一對(duì)高度不低于0.5m的擋板。最小控頂時(shí),均橫放在人行道內(nèi),出煤過(guò)程前,施工人員在運(yùn)輸機(jī)與煤壁間,走向支設(shè)2根臨時(shí)柱,臨時(shí)柱間距0.8m,穿鞋,上頭卡住頂梁,切度同工作面基本支柱一致,初撐力不低于90kN,將其中一個(gè)卡子橫放在臨時(shí)柱上方,并用菱形網(wǎng)從底板至頂板全部封嚴(yán)。工作面運(yùn)輸機(jī)上方每10架棚設(shè)置一個(gè)擋煤皮,擋煤皮采用廢舊輸送帶加工,長(zhǎng)度2.0m,寬度0.7m,其中一端帶有2個(gè)掛鉤,將擋煤皮掛在頂網(wǎng)上。工作面配備專(zhuān)人負(fù)責(zé)移動(dòng)語(yǔ)音信號(hào),信號(hào)靈敏可靠,發(fā)生緊急情況及時(shí)打點(diǎn)停運(yùn)輸機(jī)。5.3前制造人工屋頂復(fù)雜煤層工作面頂板冒頂防治一直是頂板管理的重點(diǎn)5.4上平巷支護(hù)施工技術(shù)1)沿空留巷。沿空留巷的目的是該工作面為前進(jìn)式開(kāi)采,為后期回風(fēng)等所需。上端頭壘砌不少于2.0m的矸石袋墻體,墻體先采用錨桿、鋼帶、金屬菱形網(wǎng),按照上下、左右0.8m的間隙扎制好金屬框架后,開(kāi)始向金屬框架里充填壘砌矸石袋,矸石袋墻體平巷段用水泥或鐵背板腰幫,間距0.4m,矸石袋墻體兩側(cè)敷設(shè)雙層菱形網(wǎng)并用鋼帶、錨盤(pán)上緊后,采用風(fēng)動(dòng)注漿器向墻體內(nèi)注水泥漿,以加強(qiáng)矸石袋墻體的穩(wěn)固性。2)平巷支護(hù)形式。上平巷采用U型棚支護(hù),并用單體支柱配頂梁支設(shè)超前支護(hù),為保證留巷段巷道的穩(wěn)定性,超前支護(hù)拖后切頂排15m回撤,如圖4所示。3)礦壓觀(guān)測(cè)效果。沿空留巷采用虛擬矸石墻體加U型棚支護(hù)作為基本支護(hù),回采期間使用單體支柱配頂梁支設(shè)超前支護(hù)進(jìn)行后部維護(hù),根據(jù)礦壓觀(guān)測(cè)6個(gè)周期來(lái)壓情況分析,巷道斷面收縮率20%,其中主要以底板移近速率最大,為15mm/d,30d后達(dá)到移近量達(dá)0.5m,進(jìn)行落底處理后,基本保持穩(wěn)定,30d頂板和兩幫移近量分別僅為0.15、0.20m,巷道整體保持了良好的狀態(tài),留巷長(zhǎng)度260m,符合巷道質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求,滿(mǎn)足了安全生產(chǎn)需要。6基于開(kāi)采規(guī)律的施工方案及施工參數(shù)優(yōu)化在煤礦采煤工藝選擇上,綜采工藝雖然具備顯著的優(yōu)勢(shì),但并非適用所有生產(chǎn)地質(zhì)條件,通過(guò)該工作面生產(chǎn)工藝的改變和成功開(kāi)采,說(shuō)明在極其復(fù)雜多變的地質(zhì)條件下,必須根據(jù)煤層賦存條件、圍巖性質(zhì)、地質(zhì)狀況、開(kāi)采參數(shù)等綜合論證分析,慎重確定施工方案和方式。該工作面改為炮采工藝開(kāi)采,成功保持了月推進(jìn)60m以上(綜采方式時(shí)月均2