大傾角“三軟”煤層綜采工作面安全高效回采研究與實踐

摘 要：淮北礦業(yè)集團(tuán)公司神源煤化工3404外工作面的煤層屬于典型大傾角“三軟”煤層，借鑒淮北礦區(qū)大傾角“三軟”煤層綜采工作面回采經(jīng)驗，通過不斷研究與實踐，在大傾角工作面設(shè)備選型與配套、安全高效過斷層及“三防”措施等方面，摸索總結(jié)出一套安全高效回采工藝，提高了大傾角“三軟”煤層工作面生產(chǎn)效率，為類似地質(zhì)條件下的安全高效回采積累了理論和實踐經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：大傾角;三軟煤層;安全高效

0 引言

神源煤化工位于安徽省淮北市濉溪縣南坪集附近，東以雙堆斷層及F22斷層為界，西至南坪斷層;南界為石炭系太原組頂部第一層灰?guī)r露頭線，北界至27勘探線。南北長約6.5km，東西寬約3～5km，區(qū)內(nèi)斷層較為發(fā)育，地層傾角一般為3°～40°，局部超過40°。

神源煤化工3404外工作面煤層普氏系數(shù)f=0.5，煤層傾角26～40°，平均為34°，屬于典型的大傾角“三軟”煤層，通過回采工藝的研究和實踐，總結(jié)出了一套成熟的大傾角“三軟”煤層綜采工作面安全安全高效回采工藝技術(shù)體系。

1 工作面慨況

神源煤化工3404外工作面東臨F51斷層，南到工業(yè)廣場保護(hù)煤柱，西臨3402工作面（未施工），北到F120斷層。該面采用走向長壁布置，可采走向長576m，傾斜長202m（見圖1），煤層厚度1.4m～3.0m，平均2.34m，煤層結(jié)構(gòu)簡單—復(fù)雜，局部含一層厚度約0.1～0.2m的碳質(zhì)泥巖夾矸，直接頂?shù)装鍘r性均為泥巖。

3404外工作面的地質(zhì)構(gòu)造總體評價為復(fù)雜，煤（巖）層總體呈單斜構(gòu)造，走向近南西—北東，傾向南東，煤（巖）層傾角26～40°，平均為34°。工作面回采范圍內(nèi)機(jī)、風(fēng)巷和改造切眼共揭露斷層9條，其中機(jī)巷揭露3條正斷層、2條逆斷層，改造切眼揭露1條正斷層，風(fēng)巷揭露3條正斷層。

3404外工作面水文地質(zhì)條件簡單，影響工作面回采的主要充水水源為32煤層頂板砂巖裂隙水，比擬法估算工作面正常涌水量為4.3m3/h，最大涌水量為6.5m3/h。

2 3404外與3404里工作面對比分析

3404外與3404里工作面為同一煤層同一塊段，由于DF3（∠70～80°H=18～25m）斷層影響，里段工作面采完后需要重新施工切眼進(jìn)行改造。

3404里工作面地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，次生構(gòu)造多，煤層傾角18～35°，平均為28°，回采過程因煤層傾角大、仰采及斷層等因素影響，導(dǎo)致工作面多次多次片幫掉頂事故，嚴(yán)重影響回采進(jìn)度。

3404外工作面在總結(jié)3404里工作面回采經(jīng)驗和教訓(xùn)基礎(chǔ)上，通過設(shè)備選型上的優(yōu)化，過斷層措施上的改進(jìn)，頂板煤壁管理等方面的加強(qiáng)實現(xiàn)了安全高效回采。

3 主要設(shè)備選型

3404外工作面在支架選型上由原來的掩護(hù)式液壓支架（ZY6800/17/36）改為支撐掩護(hù)式液壓支架（ZZ7600/18/36），煤機(jī)由原來的800mm截深（MG500/1150-WD）改為630mm小截深（MG400/920-WD）煤機(jī)，端頭支架由原來的兩架改為1架。（工作面主要設(shè)備明細(xì)見表1-2）

（1）通過液壓支架的選型優(yōu)化，一方面四立柱支撐掩護(hù)式液壓支架比兩掩護(hù)式液壓支架穩(wěn)定性更可靠，更適應(yīng)大傾角“三軟”煤層支架咬架、擠架及歪架的調(diào)整;另一方面四立柱支撐掩護(hù)式液壓支架現(xiàn)場操作更安全，煤機(jī)割煤或拉移支架時人員站在架檔內(nèi)操作，可以防止矸石滾落碰傷人員，更適合大傾角工作面的安全管理。

（2）通過煤機(jī)選型上的優(yōu)化，使用630mm小截深煤機(jī)配合800mm步距的支架推移千斤頂，支架護(hù)幫板可以抵實煤壁，可以很好控制片幫掉頂現(xiàn)象發(fā)生，實現(xiàn)安全高效開采。

（3）通過工作面端頭支架數(shù)量的調(diào)整，工作面下出口采用超前支架配合端頭支架進(jìn)行支護(hù)，自由空間增加，更有利于端頭支架拉移和下出口現(xiàn)場管理。

4 過斷層超前管理

3404外工作面地質(zhì)構(gòu)造情況復(fù)雜，回采過程中將揭露多條斷層，為確保大傾角“三軟”煤層過斷層期間的安全高效回采，采取超前注漿措施，杜絕了回采期間片幫掉頂事故的發(fā)生。

（1）對斷層附近20m范圍內(nèi)，頂板0-5m的巖層進(jìn)行注漿治理。

（2）注漿封堵加固材料選用425#普通硅酸鹽水泥作為注漿材料。

（3）注漿工藝

漿液配比：水灰比按不大于0.8：1的比例混合，充分?jǐn)嚢琛?/p>

注漿終孔標(biāo)準(zhǔn)：帶壓注漿，注漿壓力不小于2MPa，不超過3MPa。待漿液確實無法再注入，停止注漿。待10分鐘后，在復(fù)注一次漿液，使?jié){液填滿巖石裂隙，提高加固效果，如果第二次注漿量較大，多于半袋水泥，則需要進(jìn)行第三次注漿。

注漿量：注漿量不做限制，以達(dá)到注漿終止標(biāo)準(zhǔn)為準(zhǔn)。

（4）具體要求

注漿過程中要觀察是否跑漿，其他鉆孔是否串漿，并做好記錄。注漿達(dá)到結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)后，要延續(xù)15～20分鐘閉漿，以保證質(zhì)量。

注漿結(jié)束后在斷層面與機(jī)風(fēng)巷接茬處，采用10m（6m）注漿錨索進(jìn)行注漿加固，防止機(jī)頭機(jī)尾頂板破碎造成片幫掉頂事故發(fā)生。

5 合理控制采高和加強(qiáng)初撐力管理

3404外工作面回采期間保持工作面運輸機(jī)“平、直”，并嚴(yán)格控制采高，采高原則上控制在2.2-2.7m，活柱伸縮量控制在400-900mm。尤其是過斷層期間采高不超過液壓支架最大支撐高度的2/3，確保煤機(jī)能夠順利通過即可，破頂、底范圍與厚度根據(jù)斷層落差變化隨時調(diào)整，保證頂板煤壁支護(hù)到位。

3404外工作面每架均安裝一組機(jī)械礦壓監(jiān)測表，逢“10”安裝一塊在線監(jiān)測壓力表。并且每班都安排專職礦壓監(jiān)測員進(jìn)行巡查補(bǔ)液，確保支架初撐力不低于24Mpa，合格率不低于90%，確保了支架正規(guī)有勁，杜絕了支架歪架、倒架現(xiàn)象的發(fā)生。

6 設(shè)備防倒防滑與頂板煤壁管理

（1）工作面運輸機(jī)防滑

由于工作面傾角較大，運輸機(jī)和支架易下滑，造成運輸機(jī)機(jī)頭和轉(zhuǎn)載機(jī)不能正常搭接，影響正常出煤。

通過采取調(diào)整工作面?zhèn)蝺A斜角度，使工作面機(jī)頭超前機(jī)尾30-40m，這樣不但使工作面形成偽傾斜，而且使工作面推采方向與走向形成一定的夾角。在正常推進(jìn)時，運輸機(jī)每個循環(huán)向上的位移量抵消了運輸機(jī)的下滑量，所以可以保證工作面實際推進(jìn)方向與走向始終保持一致。

（2）工作面支架防倒防滑

由于工作面傾角大，在移架時容易出現(xiàn)歪架、倒架現(xiàn)象，采取液壓支架安設(shè)可靠的防倒設(shè)施，并嚴(yán)格執(zhí)行支架操作順序。

（3）頂板煤壁管理

移超前支架，當(dāng)工作面遇有地質(zhì)構(gòu)造，煤層頂板不穩(wěn)定時，及時移超前支架打開護(hù)幫板，使支架前梁及護(hù)幫板擠緊煤幫，端面距達(dá)到最小。

分段追機(jī)移架，因工作面傾角大，工作面割煤與移架工序不能同時進(jìn)行，如果等煤機(jī)割完一刀后工作面再整體移架，機(jī)道空頂時間太長，對工作面頂板破壞程度大，容易出現(xiàn)掉頂、漏頂現(xiàn)象，為此我們采取工作面分段追機(jī)移架方式，每隔10～15 m追機(jī)移架;在工作面頂板破碎時，每3～5 m分段追機(jī)移架及時支護(hù)頂板。

帶壓擦頂移架，因工作面傾角較大，如果采用正常操作程序降架移架容易出現(xiàn)抽頂現(xiàn)象，因此我們采取帶壓擦頂移架方式進(jìn)行移架操作。

人員進(jìn)入煤壁施工作業(yè)時，在施工地點上方打設(shè)護(hù)身板，護(hù)身板由單體支柱配合大板組成。工作面正常檢修時，煤機(jī)上方機(jī)道內(nèi)必須設(shè)置兩道防飛矸網(wǎng)，兩道防飛矸網(wǎng)間隔不小于5 m，防飛矸網(wǎng)固定必須牢固可靠。

7 ?結(jié)論

大傾角“三軟”煤層安全高效回采研究和實踐在3404外工作面回采期間得到了應(yīng)用，通過不斷研究和實踐，及時調(diào)整回采工藝和現(xiàn)場管理，形成了一套大傾角“三軟”煤層綜采工作面安全高效回采工藝技術(shù)體系，值得同等條件下全面推廣。

下一步將繼續(xù)攻關(guān)大傾角“三軟”煤層安全高效回采在防治水、防突、防火等災(zāi)害更加嚴(yán)重條件下（7401大傾角放頂煤工作面）的研究，努力實現(xiàn)淮北礦區(qū)復(fù)雜地質(zhì)條件下安全高效回采工藝應(yīng)用新模式，提供理論和實踐支撐。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐永圻.采礦學(xué)[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2003.

[2]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，2013.

作者簡介：

衛(wèi)其松（1987- ），男，河南信陽人，工程師，本科學(xué)歷，2010年7月參加工作，任安徽神原煤化工有限公司生產(chǎn)管理部采煤主管，長期從事生產(chǎn)技術(shù)管理工作。