特殊地質條件的大采高托夾矸回采技術實踐

邵永彪

（晉煤集團 趙莊煤業有限責任公司，山西 長子 046605）

趙莊礦是800萬t/a的大型礦井，井田地質條件復雜，斷層破碎帶等很發育，主采3號煤層，煤體松軟、強度低，煤體裂隙發育。1306工作面為一盤區首個回采工作面，回采時煤層上部出現一層夾矸，厚度0.8～1.5 m，夾矸上有一層厚0.3 m的煤線，不僅嚴重影響煤質，且給回采帶來很大困難。

1 工作面的概況

1）地質概況：1306工作面可采走向長1 962 m，傾斜長219.5 m，煤層厚度3.7～5.4 m、平均4.5 m，煤層傾角平均7°，順槽巷道及切眼掘進過程中共揭露斷層20個，均為正斷層，其中對1306工作面回采影響較大的斷層7個。巖層柱狀特征如表1所示。

表1 巖層柱狀特征

2）生產技術條件：1306工作面順槽巷（皮帶巷）道寬度分別為5.4 m、5.2 m，均為矩形斷面，采用錨網支護，錨索補強。采煤方法為走向長壁一次采全高后退式，雙向往返割煤，沿頂、底板推進，循環進度0.865 m，最大控頂距5.902 m，最小控頂距5.037 m。主要設備如下：SGZ-1000/2×855型刮板運輸機，生產能力 2 500 t/h，運輸機長度220 m。SZZ-1200/375型轉載機，生產能力3 200 t/h，長度33 m。DSJ-140/250/3×400型順槽皮帶2部，生產能力2 500 t/h，皮帶寬度1 400 mm。端頭支架（6架），ZT12000/28/62D；過渡支架（3架），ZYG12000/28/62D；中間支架（120架），ZY12000/28／62D。支架形式為兩柱掩護式電液控制支架，高度2.8～6.2 m，中心距1 750 mm，泵站壓力31.5 MPa，支護強度 1.36～1.40 MPa，對底板比壓（前端值）2.56～2.82 MPa，初撐力7917 kN，工作阻力12 000 kN。艾柯夫SL-500型采煤機，生產能力2 500 t/h，總裝機功率1 815 kW。PCM-375型破碎機，通過能力3 000 t/h，總裝機功率375 kW。

2 兩巷管理

1）噴漿：順槽巷道掘進中，由于煤層頂板為泥巖夾矸，采取將夾矸挑掉的方法掘進，這就出現一段超高巷道（可達5～7 m）。為控制超高巷道回采過程的動壓影響，減小巷幫水平位移，保證三角區回采安全，在兩巷的采面幫進行了噴射混凝土。混凝土強度不低于 C20，料配比(體積比)為：水泥∶砂∶石子=1∶2∶2。水泥標號Po42.5，噴層厚度50 mm。

2）注水泥漿：兩巷超高段在噴射混凝土后，采用水泥漿液進行注漿加固。注漿時先進行低壓淺孔注漿，孔深2.5 m，間排距1 200 mm×1 200 mm，漿液采用水泥加水玻璃漿液，水玻璃的摻量為水泥用量的 3%～5%，水灰比控制在0.8～1.0，注漿壓力控制在2 MPa。在淺孔注漿后，待漿液凝固，進行高壓深孔注漿，孔深5 m，采用52.5級普通硅酸鹽水泥，水灰比控制在0.5～0.6，摻加水泥量0.7%的高效減水劑，注漿壓力控制在3.0～5.0 MPa。

3）超前支護：從煤壁線向外60 m范圍內進行超前支護，采用單體液壓支柱加長圓木或π型鋼梁，單體柱為DW45-150/110LX，支撐高度4.5 m，柱鞋使用XFD-40。超前柱為一梁三柱架棚支設，棚距1 m；頂板條件不好或壓力大時，棚距縮小為500 mm，采用一梁四柱。單體柱初撐力110 kN。巷道超高段在圓木上打木垛構假頂，木垛間相互聯鎖，接實頂板。

3 工作面的治理方案

1）頂板及煤壁控制：大采高情況下，若頂板、煤幫長時間未達到有效支撐，可導致煤壁片幫、夾矸層失穩而掉落。因此在機組割煤時，距采煤機1～2架將護幫板收起，采煤機組滾筒割過后，立即伸出伸縮梁，打出一級防幫板，展開二級護幫板，緊跟采煤機行進要及時推溜、移架，移架時要做到少降、快拉、快升，在煤壁片幫時進行超前拉架，使煤壁始終處于支架護幫板支撐，夾矸層始終處于支架頂梁支撐。

2）加固：工作面煤體裂隙發育、片幫嚴重時，采用化學注漿進行超前加固，注漿孔深6 m，封孔2 m，孔間距5 m。夾矸薄、極易破碎或地質構造破壞嚴重時，將注漿眼打穿夾矸及煤線至上覆巖層，將夾矸、煤線、上覆巖層固化成一個整體。施工時根據現場地質條件增減注漿排數或注漿孔間距。單孔注漿結束標準為：達到設計注漿壓力，并穩壓3 min以上；若雖未達到注漿壓力，但周邊煤壁漏漿，可停泵一段時間再注，直到達到注漿壓力為止。整體注漿結束標準為：頂板完整推到支架切頂線。

3）過斷層：為減少斷層落差造成工作面局部坡度變大情況，采取斷層上盤破頂留底煤、下盤破底板留頂煤、降低斷層面前后采高的方法，隨平工作面刮板輸送機。相鄰支架間利用防倒千斤頂連接成為一個整體，在拉架過程中利用調底千斤進行及時墊架，利用側推千斤及側護板調架，嚴防出現擠架、倒架、咬架，使支架處于最佳受力狀態。

4 效果分析

1）效果：①工作面出現煤體松軟嚴重、過構造托頂煤、頂矸破碎等情況時，利用化學注漿能快速將煤體及破碎矸石凝結成一個整體，提高圍巖強度，避免工作面條件惡化。②兩巷超前支護段提前進行噴漿封閉、預注水泥漿，可避免巷道煤幫及頂板在動壓下出現煤體疏松、錨桿支護力減弱的情況，可有效減小兩幫水平位移，并保證端頭端尾三角區的夾矸層在回采時不塌落。③巷道假頂在回采時，端頭架直接托住圓木及上面的假頂，對三角區的頂板形成有效支護，構假頂的板梁在支架拉過后從支架后掉落，可進行二次回收利用。④托夾矸前，設備損耗大，機電事故率高，采出的大量矸石對地面構成很大壓力，且造成工作面采高過大，丟底煤。托夾矸后，沿頂沿底，不僅避免了上述現象，而且增加了資源回收率。

2）分析：①工作面推進速度慢時，煤壁片幫加劇，兩巷位移變形加大，影響安全出口，皮帶巷需進行人工開幫。加快工作面推進速度，可減少超前支承壓力的影響范圍、減少支承壓力對工作面及兩巷的作用時間，從而減小煤壁片幫程度和兩巷位移。②在工作面推進過程中遇構造時，局部支架隨坡，導致部分支架的接頂性差。要加強地質預報工作，對探明的構造要提前在工作面進行注化學漿，或在兩巷進行長距離深孔注水泥漿，加固構造處的頂板及煤壁。③當采煤機運行速度快、支架工移架速度趕不上機組運行速度時，新暴露的頂板不能及時得到有效支護，會使壓力轉移，導致頂板破碎、煤壁片幫。因此，各工序之間必須嚴密配合，合理安排人員，割煤、頂溜、移架速度相匹配。

5 結束語

綜合采取上述技術措施，1306工作面已順利回采結束，能為其它礦區復雜地質條件的大采高回采、高產高效積累經驗，具有借鑒參考意義。

[1] 李釗，金兆濤，聶利亞，等.極軟煤層大采高綜采化學注漿控制片幫冒頂技術[J].煤礦開采，2010，15（6）：57-60.