一种三软煤层大采高综采工作面仰采过5m以上大断层方法与流程

本发明涉及一种断层落差较大工作面仰采方法，尤其涉及的是一种三软煤层大采高综采工作面仰采过5m以上大断层方法。
背景技术：
：三软煤层指煤矿开采中遇到的：软的顶板岩层、软的主采煤层和软的煤层底板岩层，一般情况下，具有三软特征的煤矿煤层和顶底板均为软弱岩层。煤层裂隙发育，构造复杂。张集北区西三采区1612(3)工作面fs227断层落差较大，岩性复杂，并处于1611(3)面沿空应力区，断层面应力集中，造成断层面顶板破碎。1612(3)工作面为西三13-1煤上采区第二个工作面，东部邻近f25断层，西至边界保护煤柱线；南侧为尚未开采13-1煤实体；北部为已局部回采1611(3)工作面。工作面标高为-455m～-533m。工作面可采走向长1321m，倾斜长239m。煤层厚度4.6～8.3m，平均5.8m，煤层结构复杂，煤层倾角8～14°。根据以往西三采区回采经验，断层破碎带顶板控制是工作面回采中难点、重点。技术实现要素：本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种三软煤层大采高综采工作面仰采过5m以上大断层方法，能够顺利通过断层。本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括以下步骤：(1)过断层前断层面打深浅孔注浆加固提前对两巷揭露的断层面进行喷注浆，超前对面内断层面进行深孔注水泥浆加固，钻孔施工前需对轨运顺钻场全断面喷浆，施工范围为轨运顺工作面断层面两侧各20m，喷厚不小于100mm，防止注浆液体从煤壁流出；(2)探明断层的影响范围内断层延伸及岩性过断层期前，根据打钻探明的断层产状和顶底板岩性绘制断层层位和相应岩性剖面图；(3)过断层期间层位调整方案根据岩性条件的变化和断层剖面图，调整采煤机切割层位：机头先过断层，工作面逐步揭露断层通过，采取工作面分三段飘车过断层，段内分组逐渐飘车过渡，每组5～10架，链板机保持过渡平缓，水平、垂直度符合规程规定；(4)过断层期间顶帮加固过断层前加快推进度，每天推进度不低于2刀煤，非断层影响区域采高控制在4～5m，断层影响区域采高控制在3～5m；调整好两巷超前量，机头先揭露断层，机尾最后过断层，工作面与断层处于斜交状态；按照断层剖面图提前在煤壁注化学材料预防破碎顶板，当工作面回采至距离断层面5～7m时，在断层下盘顶板注入化学材料加固。所述步骤(1)中，提前对两巷揭露的断层面进行喷注浆处理为：断层面向外喷注20米，采用深浅孔注浆，浅孔2米、深孔8米。所述步骤(1)中，注浆压力的大小按照下列公式计算：p＝(2～2.5)p1，式中p为最大允许注浆压力；p1为煤层静水压力，根据静水压力4～6mp，选择注浆压力12～13mpa；深浅孔注浆时，注浆水灰比为1：0.4，煤层注浆时，水灰比为2:0.4。所述步骤(4)中，化学材料加固的方法如下：在推进过程中，由工作面机头到机尾开始逐步加注高分子化学材料；工作面揭露断层面下盘煤体后，揭露煤体超过设定范围时注高分子材料加固煤帮。本发明相比现有技术具有以下优点：本发明有效加强了断层带顶帮管理，使工作面顺利按照设计回采层位通过断层，为综采工作面过大断层提供宝贵的技术经验，为矿井圆满完成生产接替计划和各项经营、利润指标发挥了重要作用。附图说明图1是本发明的施工平面图；图2是注浆孔布置示意图；图3是fs227断层注浆加固孔设计平面图；图4是fs227断层注浆加固孔设计剖面图；图5是1612(3)工作面飘车参数示意图，其中，a是140架轨顺退尺工作面飘车示意图，图中a1是轨顺退尺，a2是140架；b是105架运输退尺工作面飘车示意图，图中b1是运顺退尺，b2是105架；c是70架运顺退尺工作面飘车示意图，图中c1是运顺退尺，c2是70架；d是35架运顺退尺工作面飘车示意图，图中d1是运顺退尺，d2是35架；e是1架运顺退尺工作面飘车示意图，图中e1是运顺退尺，e2是1架。具体实施方式下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。如图1所示，本实施例的1612(3)工作面为西三13-1煤上采区第二个工作面，东部邻近f25断层，西至边界保护煤柱线；南侧为尚未开采13-1煤实体；北部为已局部回采1611(3)工作面。工作面标高为-455m～-533m。工作面可采走向长1321m，倾斜长239m。煤层厚度4.6～8.3m，平均5.8m，煤层结构复杂，煤层倾角8～14°。施工范围为轨运顺工作面侧断层面以里(煤巷段)各20m，施工长度共计40m，图1中a部即为断层面。工作面的2#异常区内fs227断层概况：工作面运顺退尺473m～530m，轨顺退尺498m～550m段为2#异常区影响范围。2#异常区为fs227断层影响异常区，影响程度h﹥1煤厚，对回采影响很大。在2#异常区周边发育一个顶板砂岩直覆区，在该砂岩直覆区内顶板较破碎，局部可能有掉顶和片帮现象。运顺推至退尺497m、轨顺退尺515m将揭露fs227断层，面内影响回采长度约65m，断层贯穿整个工作面,走向与工作面基本平行。如表1所示。表1fs227断层情况一览表断层名称性质走向(°)倾向(°)倾角(°)落差(m)对回采影响程度fs227正184～189274～27931～805.7～6.2影响大具体过断层的方法如下：(1)过断层前断层面打深浅孔及注浆加固(11)如图2所示，图中a、b、c、d分别为1排、2排、19排和20排，提前对两巷揭露的断层面进行喷注浆。断层面向外喷注20米，采用深浅孔注浆，浅孔2米、深孔8米。(12)超前对面内断层面进行深孔注水泥浆加固。运顺分别从退尺530m、540m处布置二组钻孔，钻空终孔位置位于断层上盘煤层顶板，共设计22孔。轨顺设计二组钻孔,一组在4#钻场内、一组在防火钻场(退尺560m)分别向面内打长钻孔，共设计24孔。如图2所示，图中顶板1位于煤壁2的顶部，图中1#孔为浅孔，施工位置距顶板1m，孔深2m，管长1.5m，前端0.5m为花管：2#孔为深孔，施工位置距1#孔1m，孔深8.5m，管长8m，前端3m为花管；施工时运顺按10～12°仰角施工，轨顺按10～12°俯角施工。如图3、图4和表2所示，本茬注浆钻孔共设计23个，分别从轨顺退尺点494m(4#钻场内)位置、运顺512m处(钻场)进行施工，其中轨顺钻场布置11个孔，由特修区负责施工，运顺钻场布置12个孔由勘钻二队负责施工。钻孔施工前需对轨、运顺钻场进行全断面喷浆，喷厚不小于100mm，以确保注浆效果。钻孔孔径为φ94mm，方位角为钻孔水平投影与上下顺槽中线的夹角，运顺面向工作面，轨顺面向外口，偏左为负，偏右为正；倾角以水平面为准，向上为正，向下为负。运顺钻场开孔点距离巷道顶板0.8m，孔间距均为0.5m；轨顺钻场开孔点距离巷道顶板1.0m，孔间距同样为0.5m。表21612(3)面fs227断层加固钻孔施工参数表(13)钻孔施工前需对轨运顺钻场全断面喷浆，施工范围为轨运顺工作面断层面两侧各20m，喷厚不小于100mm，防止注浆液体从煤壁流出，影响注浆效果。(14)注浆压力是浆液在围岩中扩散的动力，直接影响注浆加固质量和效果。注浆压力大小按照下列公式计算：p＝(2～2.5)p1，式中p为最大允许注浆压力；p1为煤层静水压力，根据静水压力4～6mp，选择注浆压力(稳压)12～13mpa。(15)深浅孔注浆，水灰比为1:0.4，煤层注浆时，水灰比2:0.4，调大水分比，增加煤壁内注浆渗透性，扩大注浆范围。(16)根据现场煤岩实际情况，运顺共注水泥12.5吨；轨顺共注水泥12吨。(2)根据打钻探明fs227断层影响范围内断层延伸及岩性状况(21)轨顺顶板岩性向上依次为：1.5m细砂岩、0.3m泥岩、1.7m细砂岩、0.3m泥岩、2.6m细砂岩；运顺顶板岩性向上依次为：2.2m细砂岩、0.5m煤线、3.6m厚细砂岩。(21)运顺实测砂岩f值为8.5；轨顺实测砂岩f值为12.3，但面内大部为砂质泥岩，其f值低于10，φ3米采煤机螺旋型滚筒，适合f值为5～10，根据顶板岩性看，煤机更换强力截齿后可以正常破岩、割煤。(23)如图3和图4所示，过断层期前，根据打钻探明的断层产状和顶底板岩性绘制断层层位和相应岩性剖面图，共分为5段剖面绘制，根据剖面图制定工作面分段飘车、破顶图表，现场挂牌管理，严格按照该图表掌控每刀漂车高度和角度，特别是起步阶段漂车必须到位。(3)过断层期间层位调整方案在生产过程中，根据岩性条件的变化和断层剖面图，调整采煤机切割层位，采取割软不割硬的原则，结合破碎矸石放炮施工，减少设备损耗，提高推进度。(31)如图5所示，运顺先跟顶回采，回采至运顺470m处开始挑顶、飘车(预计飘车距离37m)，飘车高度每刀150～200mm；回采至退尺496m后跟上13-2煤线顶板回采；回采至退尺点501m处进入断层面后继续飘车；进入断层下盘后逮煤顶过渡(预计逮煤顶最厚1.5m)，飘车跟上13-1煤顶板同时回采工作面逐步增大采高直至正常回采。下端头501m处巷道预计接顶高度1～1.5m。(31)因机头先过断层，工作面逐步揭露断层通过，减少断层揭露范围，采取工作面分三段飘车过断层，段内分组逐渐飘车过渡，每组5～10架，链板机保持过渡平缓，水平、垂直度符合规程规定，具体为：(311)第一段飘车：工作面回采至运顺退尺点470m处，机头～69#架先进行挑顶、飘车。预计回采至运顺退尺497m处(飘车距离27m)，35#架跟上13-2煤线顶板回采；回采至退尺点501m处进入断层面，进入断层下盘后继续飘车逮煤顶过渡(预计逮煤顶最厚1.6m)，飘车跟上13-1煤顶板同时回采工作面逐步增大采高直至正常回采。(312)第二段飘车：工作面回采至运顺退尺点485m处,70#～120#架开始飘车。预计回采至运顺退尺506m处，70#架跟上13-2煤线顶板回采；回采至退尺点509m处进入断层面，进入断层下盘后继续飘车逮煤顶过渡(预计逮煤顶最厚1.4m)；飘车跟上13-1煤顶板同时回采工作面逐步增大采高直至正常回采。预计回采至运顺退尺514m处，工作面105#架进入断层面，推进至运顺519m处，105#架完全进入断层下盘，预计逮煤顶2.1m厚。进入断层下盘后继续飘车跟上13-1煤顶板同时工作面逐步增大采高，直至正常回采。(313)第三段飘车：工作面回采至轨顺退尺点500m处，工作面121#～140#架开始飘车。根据轨顺顶板岩性，采取不破2.6米厚细砂岩(破1.7m厚细砂岩)回采。140#架飘车至退尺点524m(飘车距离24m)跟上2.6米厚细砂岩顶板，回采到520m处进入断层面。进入断层下盘后，逮顶煤过渡，预计采至轨顺退尺527m处煤顶厚2.3m。进入下盘后，飘车跟上顶板同时工作面内逐步加大采高直至正常回采，如表3所示。表31612(3)工作面过fs227断层破顶量对照表(4)过断层期间顶帮加固方法(41)过断层前加快推进度，减少因直接顶超前煤壁内断裂造成片帮掉顶事故，每天确保不低于2刀煤的推进度。(42)加过断层期间工作面采高管理，非断层影响区域采高控制在4.5m左右；断层影响区域控制采高，由于支架最小高度2.8m，煤机高度在3m，加上0.5m的安全行程、液压支架多余管路及顶板下沉量，断层影响区域采高控制在4m左右，确保煤机在支架下正常通过，减少割矸量。(43)调整好两巷超前量，机头先揭露断层，机尾最后过断层，工作面与断层处于斜交状态，减小工作面同时揭露断层范围，使破碎顶板处于小范围可控状态；同时保证机头合理搭接，减少链板机底链带回头煤而影响推进度。(44)加强工作面日常规格质量管理，重点是工作面支架状态调整，确保支架压力符合要求。(45)按照断层剖面图提前在煤壁注化学材料预防破碎顶板，当工作面回采至距离断层面6m左右时，在断层下盘顶板注化学材料加固。具体为：推进到运顺退尺495m处，工作面机头～69架距离断层面6m，开始注高分子化学材料；推进到运顺退尺503m处，工作面70#～120#架局部距离断层面6m，提前注高分子化学材料；推进到轨顺退尺514m处，工作面120#～机尾开始注化学材料；工作面揭露断层面下盘煤体后，揭露煤体超过5架范围时注高分子材料加固煤帮，防止下盘煤体松软不易逮住造成片帮掉顶；如若顶板整体较好且可控时，可采取局部破碎段小范围注化学材料，做到以顶板支架管理为基础，注浆加固预防为辅，减少材料消耗。通过采取两巷提前对断层面及顶板打深、浅孔钻注浆加固和过断层期间破碎区域工作面煤壁注化学材料加固方法，有效的控制住了断层破碎带顶板，避免了大面积片帮、冒顶事故发生；同时根据打钻探明、细化了的断层产状、延伸状况及顶底板岩性，绘制出工作面过断层剖面图并制定了过断层飘车、破顶图表悬挂在现场指导，实行挂牌管理，便于职工现场飘车、破顶割煤作业，达到及时纠偏、调整正确回采层位目的；根据断层剖面图确定实际落差和揭露范围，实行逐部、分段调整飘车，避免大面积揭露断层构造，顶板破碎难以控制，确保了工作面顺利通过断层。现场回采效果表明,按照该断层方案施工，有效加强了断层带顶帮管理，使工作面顺利按照设计回采层位通过fs227断层，为综采工作面过大断层提供宝贵的技术经验。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12