岱莊生建煤礦31321孤島工作面安全開采技術

李建軍 王 堯 佟文亮

（1.山東省岱莊生建煤礦，山東 濟寧 277600；2.山東科技大學礦業(yè)與安全工程學院，山東 青島 266590）

老礦井的煤炭資源日趨緊張，為了保證采掘工作正常接續(xù)，提高煤炭資源回收率，許多老礦井開始探討遺留的孤島工作面安全開采問題。孤島工作面頂板礦壓顯現(xiàn)強烈，尤其是經(jīng)過舊巷時易發(fā)生礦壓沖擊[1-3]。因此，對孤島面安全開采進行研究是很有必要的。

1 工程概況

岱莊生建煤礦位于滕南煤田中部。31321工作面為孤島工作面，開采山西組3上煤層，回采區(qū)域內(nèi)煤厚3.4～3.8m，平均3.6m。該面整體處于一單斜構(gòu)造內(nèi)，煤層走向長243m，傾向長333m，煤層傾角6～11°。工作面?zhèn)雾斣?～1.0m之間，巖性為砂質(zhì)泥巖，易垮落；直接頂為粉砂巖，局部由細粒砂巖、砂質(zhì)泥巖組成；基本頂為灰白色中、細粒砂巖。直接底為泥質(zhì)粉砂巖，泥巖硬度小，遇水易變軟，局部直接底為粉砂巖；基本底灰白色中、細粒砂巖。

2 孤島面巷道支護與采煤工藝

2.1 回采巷道支護設計

工作面運輸巷、材料道均為矩形斷面，巷道凈寬4.0m，凈高3.2m，采用錨網(wǎng)索支護；切眼為矩形斷面，巷道凈寬8.0m，凈高3.8m，采用錨網(wǎng)索支護；中間巷為矩形斷面，巷道凈寬4.0m，凈高3.8m，采用錨網(wǎng)索支護。

2.2 采煤工藝

采用綜合機械化采煤工藝，一次采全高，全部垮落法處理采空區(qū)頂板。采煤機開采高度2.6～4.5m，支架有效支護高度2.2～4.5m，采煤機運行所允許的最小高度為2.6m。因此，確定采高為2.6～3.7m。采煤機滾筒截深為0.8m，移架步距0.8m。

3 孤島面安全開采技術對策

3.1 礦壓觀測

為保證孤島工作面安全生產(chǎn)，必須對其進行礦壓觀測。

（1）工作面礦壓觀測。沿工作面采煤機移動方向每隔5架作為一觀測剖面，每天（班）統(tǒng)計一次端面頂板破碎及煤壁片幫情況。

沿工作面布置5個測區(qū)，每個測區(qū)布置兩條側(cè)線，每條測線安裝兩臺壓力記錄儀，全工作面共設置10臺壓力記錄儀，用于監(jiān)測支架受力的變化情況，分析頂板來壓規(guī)律。

（2）巷道礦壓觀測。在巷道超前支護范圍內(nèi)，用測力計檢測兩順槽超前支護單體支柱受力變化情況，并對兩巷頂板離層、表面位移進行觀測。由礦壓觀測員負責每天采集1次數(shù)據(jù)，當天錄入計算機，并報生技科。初撐力不足時，應通知當班作業(yè)人員及時二次注液。

3.2 頂板及順槽支護設計

根據(jù)礦壓觀測資料，該面老頂初次來壓步距約30m，周期來壓步距約為11m，工作面兩順槽超前支承壓力影響范圍約為15m左右。

3.2.1 孤島面頂板支護與管理

工作面頂板采用液壓支架支護，采空區(qū)頂板采用全部垮落法管理。

正常回采期間，對頂板采用及時支護方式。在采煤機割煤后，先移支架，再移運輸機，即割煤—移架—移運輸機。工作面頂板條件差時，采用帶壓擦頂移架的方式移架。正常移架要滯后采煤機后滾筒4～6架，不得超過6架。頂板破碎或片幫嚴重時要緊跟前滾筒移架或人工操作超前移架，即割出1架支架的空間后，降滾筒停煤機，承壓移架，然后重復操作，直至過完破碎頂板或片幫嚴重區(qū)域進入正常割煤移架部分。

3.2.2 兩順槽超前支護

根據(jù)預計的工作面順槽超前壓力影響范圍，初步確定對兩順槽進行不小于20m的超前加強支護。采用DW40單體液壓支柱配合HDJB-1200鉸接頂梁支護，實際支護范圍必須根據(jù)順槽礦壓顯現(xiàn)情況及時進行調(diào)整，如兩巷內(nèi)超前壓力較大時，應增加超前支護的長度。局部巷道超高段、頂板破碎處要用方木接實頂板，并在鉸接頂梁上架設“#”字型木垛接頂。超前支護兩端的鉸接頂梁必須打兩棵單體支柱。（1）軌道順槽：支設二排HDJB-1200的鉸接頂梁配合DW40單體液壓支柱支護頂板，步距1.2m，排距2.4m。壓力顯現(xiàn)明顯的地段應在巷道中部加打一排柱梁以加強支護。（2）運輸順槽：支設二排HDJB-1200的鉸接頂梁配合DW40單體液壓支柱加強支護，步距1.2m，排距2.4m。壓力顯現(xiàn)明顯的地段應在巷道緊靠刮板輸送機外沿加打一排柱梁以加強支護。（3）中間巷：使用超前支架支護頂板，支護距離不小于20m。

3.3 孤島面過老巷技術措施

孤島工作面開采區(qū)域內(nèi)空巷較多，生產(chǎn)推進過程中通過廢棄巷道是不可避免的技術難題。工作面過空巷主要存在以下幾個方面的問題：

（1）煤層中空巷由于受工作面超前壓力影響，在空巷圍巖內(nèi)會產(chǎn)生一定的變形破壞區(qū)域和煤巖破碎區(qū)域；工作面過空巷時支架受力大，支護困難，空巷容易發(fā)生冒頂、片幫，變形量大等現(xiàn)象。

（2）空巷由于廢棄時間過長和缺乏日常管理，空巷中積水、瓦斯等對安全開采有一定影響。

（3）空巷被揭露后，會造成局部的通風系統(tǒng)紊亂，影響工作面供風系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)。

為減少工作面過空巷時的難度，保證安全順利通過空巷，針對與工作面小角度斜交和平行的空巷，提出以下兩種過空巷方案：

（1）與工作面小角度斜交的空巷采取工作面調(diào)斜方案。將工作面調(diào)成一條斜線，擴大工作面與空巷中心線夾角。工作面推進時，通過插刀調(diào)斜法使得煤壁與空巷成一定角度，即使溜子道端頭的推進度超前材料道端頭15～20m。從而使得工作面逐步與空巷貫通，采煤機逐步割完工作面與空巷形成的“三角形煤體”，這樣便于工作面的頂板管理。在工作面與空巷的相交處，以及兩者間距離小于10m時，應該使用木垛、貼幫柱等加強工作面的支護。

（2）與工作面平行的空巷采取等壓過空巷方案。過空巷期間，頂板能隨著工作面推進而自然垮落。采煤工作面煤壁前方形成的支承壓力隨著工作面的推進而不斷向前移動，支承壓力峰值可深入工作面前方煤體內(nèi)2～10m，即工作面推進距空巷此范圍內(nèi)片幫最為嚴重，距空巷此部分距離時，回采應特別注意安全。根據(jù)綜采工作面頂板壓力動態(tài)觀測，推斷工作面周期來壓步距，及時調(diào)整推進速度。如果割到距空巷4m時，不來壓，必須停止開采，等周期來壓過后方可正常推進。

3.4 孤島面過斷層措施

孤島工作面整體為單斜構(gòu)造，傾角6～11°，局部略有起伏，區(qū)內(nèi)褶曲構(gòu)造發(fā)育，對開采程度影響較大的斷層有6條，分別為F3、F5、F6、F7、F8、F9斷層。工作面內(nèi)不排除隱伏其他小斷層的可能性。為減少過斷層的難度，保證安全順利通過斷層，提出如下安全措施：

（1）由于31321工作面頂板以砂巖為主，底板為松軟的泥巖，工作面通過斷層時，盡量不使用放炮方式過斷層。對于能夠用采煤機截割的位置，采用煤機直接破矸方式通過斷層。

（2）為減少放炮工作量，應依據(jù)斷層的賦存特征，從斷層面向機頭（機尾）方向進行大角度提刀，保證在10°左右，以減少割巖石部分長度。割巖石部分采高控制在能夠過機即可。過斷層期間，要加強支護，支架一定要達到初撐力，防止冒頂。在推進過程中當頂板破碎時，必須采取上網(wǎng)措施。

（3）若過斷層期間頂?shù)装鍘r性堅硬，對煤機損壞較大時，必須采取放炮措施通過。

4 結(jié)束語

通過分析31321孤島工作面煤層地質(zhì)條件，設計了巷道斷面與支護方式，合理確定了工作面頂板支護及順槽內(nèi)超前支護方法。探索了工作面過舊巷、斷層的具體方案，并提出了相應的安全技術措施，對保證孤島工作面的安全開采具有重要的現(xiàn)實意義。