機(jī)采工作面在復(fù)雜“三軟”巖層的研究與應(yīng)用

摘要：通過研究解決井下-108水平采煤工作面上機(jī)組采煤出現(xiàn)的一系列問題，而對(duì)深部復(fù)雜工作面上機(jī)組采煤進(jìn)行可行性探討、研究，為洼里煤礦機(jī)械化采煤提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：深部 機(jī)械化開采 研究與應(yīng)用

洼里煤礦近幾年來采煤工作面的生產(chǎn)工藝一直為炮采，不僅員工的勞動(dòng)強(qiáng)度大、工效低而且安全系數(shù)低。現(xiàn)礦井生產(chǎn)水平延伸為－250米，采煤工作面最深標(biāo)高達(dá)到－400米，礦壓顯現(xiàn)明顯，工作面回采難度較大，為提高工作面的支護(hù)強(qiáng)度，減輕員工的勞動(dòng)強(qiáng)度，自2008年底開始研究使用機(jī)械化采煤，為下步礦井機(jī)械化采煤奠定了基礎(chǔ)。

1 洼里煤礦井田地質(zhì)概況

位于龍口礦區(qū)的中部，井田東西長11.8km，傾斜長6.5km。井田內(nèi)煤系地層為第四第覆蓋下的第三系煤田，屬比較典型的“三軟”地層。煤層圍巖松軟，f=0.2～1.2，大部分巖石遇水泥化，造成巷道易變形破壞。

煤層頂?shù)装鍘r性特征：煤1直接頂板為含油泥巖，厚4.69m，巖性軟弱，易冒落，煤1直接底板為次油頁巖，厚1.65m，屬強(qiáng)膨脹型巖層，易膨脹底鼓。煤2直接頂板為灰黑色頁巖及砂巖，厚4.67m，巖性軟弱，易冒落。煤2直接底板為粘土巖，厚0.5m，易膨脹泥化，其下部為灰白色中粗砂巖，富水性強(qiáng)。

2 洼里礦以往機(jī)采情況簡介

2.11985年先后在-108水平四采區(qū)、八采區(qū)上機(jī)采，使用DY-150型采煤機(jī)組，因面前空頂距大，頂板控制難度大，底鼓嚴(yán)重過機(jī)困難等原因放棄機(jī)采。

2.21988年先后在-108水平三采區(qū)、五采區(qū)上機(jī)采，使用MLS3P-2*170型機(jī)組，同樣，因面前空頂距大、頂板破碎維護(hù)困難、底鼓嚴(yán)重等問題無法解決而中途放棄使用。

2.31998年在二層工作面7209上機(jī)采，使用MG150B型采煤機(jī)，因面前空頂距大、頂板破碎維護(hù)困難、底鼓嚴(yán)重等問題無法解決而中途放棄使用。

3 洼里礦以往機(jī)采期間存在的主要問題

洼里礦在-108水平使用高檔普采生產(chǎn)工藝，其不成功的原因，主要有以下幾點(diǎn)：

3.1 地質(zhì)條件差：采煤工作面地質(zhì)構(gòu)造極為復(fù)雜，工作面及兩巷斷層發(fā)育，頂板破碎，控制難度大；巖層強(qiáng)度低，易發(fā)生片幫、掉頂及底鼓等現(xiàn)象；遇斷層，工作面片幫、掉頂及底鼓現(xiàn)象明顯加重。

3.2 工作面梁端距大，頂板維護(hù)困難易造成工作面切頂或掉頂現(xiàn)象的發(fā)生。

3.3 工作面產(chǎn)生大塊油頁巖問題：由于煤1中間夾厚度0.3～0.4m的油頁巖，油頁巖韌性大，機(jī)組割油頁巖時(shí)產(chǎn)生大塊多，需頻繁停機(jī)破碎大塊，生產(chǎn)時(shí)間長。

3.4 工作面支護(hù)形式問題：機(jī)采工作面由于機(jī)道寬度較寬，支護(hù)難以做到及時(shí)、有效地控制頂板。

4 洼里礦-250水平采煤工作面上機(jī)采課題研究

4.1-250水平地質(zhì)概況 煤系地層主要由泥巖、砂巖、粘土巖、油頁巖和煤組成，其主要特點(diǎn)是：巖石強(qiáng)度低，自穩(wěn)性差，承載能力小；巖石中含有大量的蒙脫石，節(jié)理發(fā)育，易風(fēng)化、潮解，吸濕泥化，強(qiáng)膨脹，發(fā)生蠕變，屬比較典型的復(fù)雜的“三軟”地層。

4.2-250水平回采工作面礦壓顯現(xiàn)特點(diǎn) 洼里煤礦自進(jìn)入-250水平，工作面標(biāo)高延深近－400米，工作面礦壓顯現(xiàn)非常強(qiáng)烈，主要表現(xiàn)在：工作面超前壓力影響距離長；地質(zhì)構(gòu)造附近礦壓顯現(xiàn)嚴(yán)重；礦井水對(duì)礦壓顯現(xiàn)影響較大。

從回采情況看，-250水平軟巖特性表現(xiàn)明顯，工作面回采期間動(dòng)壓超前影響距離長，底板底鼓，頂板下沉，嚴(yán)重地影響了礦井的安全生產(chǎn)。

5 機(jī)采首采面及支護(hù)方案的確定

5.1根據(jù)采場及接續(xù)情況，初步選擇兩個(gè)工作面作為機(jī)采首采面進(jìn)行比較。

①11211工作面位于12101面（2003年1月結(jié)束）及11200面（2002年10月結(jié)束）采空區(qū)之間，工作面面長41m，推采長度820m，儲(chǔ)量10.0萬噸。工作面布置規(guī)則，構(gòu)造較簡單。②11218面是回收十二采煤柱工作面，設(shè)計(jì)為以十二采集運(yùn)為中間運(yùn)輸巷的對(duì)拉工作面，下面為炮采工藝，上面為機(jī)采工藝。工作面布置不規(guī)則，推采期間將過4條老巷，地質(zhì)條件較復(fù)雜。

綜上所述：11211工作面布置規(guī)則，構(gòu)造簡單，工作面較短，回采推進(jìn)速度快，作為機(jī)采首采面有利于工作面管理，便于熟練操作工藝，積累生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。11218面工作面布置不規(guī)則，地質(zhì)條件復(fù)雜。兩面生產(chǎn)工藝不同，現(xiàn)場安全生產(chǎn)管理難度大。

經(jīng)過分析比較：確定11211工作面作為機(jī)采首采面。

5.2機(jī)采面設(shè)備選型及支護(hù)形式。

5.2.1設(shè)備選型 初步選型MG150-TW采煤機(jī)。

主要技術(shù)參數(shù)

采高：1.3～2.5m；截深：1000mm；機(jī)道寬度：1237mm；機(jī)身高度：1070mm；臥底量：245mm；電機(jī)功率：150kW；牽引方式：齒輪肖軌無鏈牽引；牽引速度：0～6m/min；牽引力：120KN。

5.2.2支護(hù)形式考慮的方案

方案：使用長度1000mm的鉸接頂梁配合2.6m的π型鋼梁支護(hù)，使用2.2m的單體液壓支柱，π型鋼梁隔二套一。鉸接頂梁支雙柱，柱距0.6m，采用見三回一的支護(hù)方式。機(jī)組截深1000mm。機(jī)道寬度1300mm。

6 11211采煤工作面機(jī)采方案的應(yīng)用

6.1 機(jī)采設(shè)備選型 使用MG150-TW型采煤機(jī)（主要技術(shù)參數(shù)同上）

刮板運(yùn)輸機(jī)：使用SGB-630/150C型刮板運(yùn)輸機(jī)，電機(jī)功率75KW

乳化液泵：采用2套MRB2B-125/31.5的乳化液泵。

供電設(shè)備：已有機(jī)電設(shè)備能夠滿足上機(jī)采需要。

6.2工作面采煤工藝MG150-TW型單滾筒采煤機(jī)落裝煤，SGB-630/150W可彎曲刮板輸送機(jī)運(yùn)煤，單體液壓支柱配合鉸接頂梁、π型鋼棚支護(hù)，循環(huán)進(jìn)尺1.0m，人工回柱，全部垮落法管理頂板；工作面機(jī)頭、機(jī)尾缺口采用爆破落煤，人工裝煤。

6.3工作面支護(hù)方式 工作面采用DZ22-30/100型外注式單體液壓支柱配合HDJA—1000型鉸接頂梁、2.6mπ型鋼棚，見三回一進(jìn)行支護(hù)，前后排梁下均支雙柱，柱距0.6m，排距1.0m，工作面每隔二架鉸接梁棚套支一架π型鋼棚。

總之，“三軟”巖層機(jī)械化采煤提高了生產(chǎn)安全系數(shù)和生產(chǎn)效率，它的成功回采具有極大的安全效益、生產(chǎn)效益、社會(huì)效益，為開采同等條件下的工作面提供依據(jù)。

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請(qǐng)以PDF格式閱讀原文