中天合创煤炭分公司内蒙古鄂尔多斯017399
摘要：断层是影响煤矿安全生产的重要地质因素,在巷道掘进过程中如果遇到断层，如不能正确确定煤层位置就有可能造成施工巷道报废或拖延施工，而且在岩层中掘进比在煤层中施工要慢，容易造成巷道施工紧张。同时为寻找断失翼的煤层，多掘进的巷道也增加了掘进量，增加了经济投入。在回采阶段，会给支护工作和顶板管理带来困难，管理不善还会造成冒顶事故，同时断层也是导水的良好通道，管理不善容易引起断层透水事故。在销售方面，断层无疑增加了灰分，增加了过断层、洗选加工的成本，降低公司的直接利润，所以对断层及过断层所产生的大量岩石的研究关系到矿井的经济效益和社会效益。本文主要研究回采工作面过断层时在皮带运输方面去岩石，实现井下煤矸分离，减少矸石量直接进煤流系统，从科学环保的角度研究对策。
关键词：断层；工作面煤矸分离；灰分
中天合创煤炭分公司葫芦素煤矿生产能力为13.0Mt/a，服务年限89.2a。首采煤层为2-1煤层，矿井采用立井开拓方式，根据《葫芦素井田首采区（Ⅰ期）三维地震勘探报告》解释断层12条，主要集中在勘探区西北部，煤层自然厚度0～6.37m，平均2.63m，煤层可采厚度1.06～5.61m，平均2.52m。该煤层结构简单，一般不含夹矸或局部含1～3层夹矸，煤层层位稳定。但是在实际回采过程中，21102工作面、21103工作面、21204工作面均揭露多条断层，由于断层构造原因，煤层底板起伏较大，在回采工作面低洼处积水较深，给排水带来就巨大压力，增加就毛煤水分，过断层产出的岩石使灰分急剧飙升，严重影响了矿原煤产量，制约了回采速度，增加了经济投入，同时给皮带运输和洗选带来了巨大压力。
1工程地质
葫芦素矿区主要可采煤层的顶底底板岩石主要为砂质泥岩、粉砂岩，次为中、细粒砂岩。根据勘查钻孔得知岩石物理、力学性试验成果：岩石的真密度2470～3340kg/m3，视密度1942～2606kg/m3，岩石的孔隙率3.20～34.61%，岩石的含水率为0.04～4.49%，吸水率0.80～9.38%。抗压强度吸水状态5.6～49.1MPa，平均25.0Mpa；自然状态13.8～72.3MPa，平均42.6MPa；普氏系数1.40～7.37，平均4.35；抗拉强度0.26～3.69MPa；软化系数0.17～0.96。内磨擦角17°40′～38°40′；凝聚力4.3～20.0MPa；岩石的抗剪强度2.70～41.86Mpa。以上结果可知，岩石的抗压强度不高，多在20～60Mpa之间，抗剪与抗拉强度则更低，砂质泥岩类吸水状态抗压强度明显降低，多数岩石泥质胶结，遇水后软化变形，个别砂质泥岩遇水崩解破坏，岩石的软化系数多数小于0.75，多数为软化岩石。因此，区内煤层顶底板岩石以软弱～半坚硬岩石为主，煤层顶底板岩石的稳固性总体较差。
2工作面断层揭露回采情况
葫芦素矿目前回采工作面有3个，21204工作面F29断层断距较大，影响范围较长，是全矿重点防范地点，也是影响矿煤质的重要煤源点。如图1所示
图1204工作面剖面图
通过上图可以看出，工作面1#支架到49#支架为断层上盘，顶板粉砂岩下降，面内实际影响86m，每回采1m就能产生1056吨的岩石，目前采取打眼放震动炮后用采煤机切割岩石的措施施工，减少了综采设备拆除、安装、搬家的次数，避免大量时间的浪费，保证了采煤工作面的连续性。同时在资源利用率角度来看也是经济可行的，但是无形中给皮带运输带来了压力，岩石的容重较大，松动炮后产生的岩块较大，在长距离皮带运输过程中，增加的托辊的负担，大的岩块更容易损失皮带。如将矸石在每个工作面运输过程中就实现煤矸分离，对减少对矿井主运皮带的损伤，减少托辊负担，减少搬家倒面的时间及资金投入，减少资源的浪费，减少矿井毛煤灰分有着重大研究价值。
3方案设计目标
在对某煤矿咨询的基础上，通过收集、整理、分析和总结有关煤矸分离技术资料，借鉴国内外先进的技术和成功的经验，研究一套适合葫芦素煤矿的创新技术和工艺，主要目标有以下几点：
1）利用现有的机电设备，减少设备资金投入；2）研究煤矸分离的技术特点，使其成为更有效的分离方法；3）对煤矸分离设备进行观测和研究，分析变化趋势和变化条件，进一步量化变化范围，得出具有指导意义的数据和数值；4）各液压装置符合相关安全指标，方便拆卸、安装，确保设备在井下的安全使用；5）井下排除的岩矸石不上主运系统，设计考虑在井下直接处理，此部分岩矸石通过自卸式无轨胶轮车运至废弃巷道处，充填废弃巷道，节省矸石从井下到地面的提升、洗选费用。
4工作面煤矸分离设计方案
依据矿井的资料，结合目前开采技术装备及管理状况，在充分考虑安全、技术可行的基础上拟设计这套井下回采工作面煤矸分离设备。如图2所示
图2回采工作面煤矸分离设备剖面图
此设备设计架设在回采工作面运输皮带上，各个部件可现场组装、拆卸，为了方便架设，调整平稳度，防倒支架为液压半自动调整。岩石分离挡板上部用可伸缩液压杆来实现上下调整与皮带的接触距离，为能让岩石走到岩石分离挡板处全部滑出运输皮带，由岩石出口掉落地面，在岩石分离挡板背面装设一根可以在水平方向上来回伸缩、调整与皮带形成夹角的液压杆。运输皮带在运行当中，难免不会与岩石分离挡板发生摩擦，损伤皮带，为避免此类事故发生，在岩石分离挡板底部装一套皮带保护垫，保护运行的皮带。此设计所用材料全部在矿上可以取到，并能实现废物在利用，不需要投资购买。
5经济效益分析
(1)减少了矿井主运皮带运输矸石量,增加运输煤炭的能力,21204工作面过断层每天按照4m的速度回采，可以分离出岩矸石约4000t进入主运皮带，如果将这部分岩矸石再提升带地面，耗费的电费、洗选费用高达10-20万。
(2)减少皮带机运输系统卡堵的事故影响,减少了因事故停皮带机的次数,每年可以产生间接经济效益也是非常可观的。
(3)消除大块矸石在皮带上滚落伤人的现象,保证了安全生产。
(4)减少地面矸石处理量,实现井下矸石不转移不上井目标,清洁环保，同时减少地面人工及设备占用费。
(5)减少毛煤灰分，增加原煤热量，满足客户需求。
(6)工作面煤矸分离系统设备耗电少，搬运、组装、拆卸方便，本项目实施后可以长期为矿井服务,其综合经济效益可观，
6结束语
在传统的煤炭开采系统中，井下开采出来的矸石与煤炭通过原煤运输系统运至地面，增加原煤的灰分，降低了发热量，满足不了客户需求，直接影响公司的利润，同时洗选厂洗选，分选后的煤矸石堆积成山，占用土地，造成环境污染。在矿井运用“煤矸分离”节能技术研究中探索出了一条提高矿井原煤质量、实现“绿色开采”的节能减排新思路。