綜采工作面開采軟巖保護層技術研究

司栓柱

（大同煤礦集團地煤公司,山西 大同 037003）

引 言

該礦為煤與瓦斯突出礦井,4號、5號煤層埋深800m,工作面開采時面臨高瓦斯、高地應力情況,十分不利于綜采工作面安全正常推進。由于4號、5號煤層瓦斯含量高、壓力大,若采用抽采鉆孔極易發生瓦斯噴孔等事故。經論證分析,采用卸壓開采進行區域瓦斯治理,但該礦6號煤層地質構造復雜,存在大量小斷層,且瓦斯含量較高,因此,只能將軟巖層作為開采保護層進行卸壓開采。卸壓開采是目前最有效的瓦斯治理方法［1］。

1 工程概況

由地質勘探可知,位于6號煤層頂板上方20m處有厚度為6.2m的泥巖,該巖層硬度較低,賦存狀態及頂底板結構穩定,適于進行開采。經過有關論證,在該泥巖層布置綜采工作面進行保護層開采,命名為131綜采工作面。利用131綜采工作面對4號、5號、6號煤層進行卸壓增透,實現瓦斯抽采與治理的同時保證位于4號、5號煤層綜采工作面正常推進［2］。

131軟巖綜采工作面位于4號、5號煤層下方60m,6號煤層上方20m,原始瓦斯含量估算為30m3/t,設計采高3m,傾向長度為156m,走向長度為900m,采用綜合機械化單向下行采巖工藝,綜采工作面支架采用順序移架方式。

2 軟巖保護層工作面綜采支持技術

2.1 地質保障技術

對軟巖層位的控制是軟巖綜采工作面正常推進的關鍵,為此,應建立以災源識別、地質構造等為基礎的科學地理信息體系［3］。

地理信息采集工作。依靠直流電法、鉆探法、音頻透視法等勘探技術手段對軟巖綜采工作面進行地上地下全方位地理信息采集工作。

地理信息動態化管理。將已掌握的地理信息及巖層地質勘探資料等與現場勘探成果結合組成地理信息動態化管理平臺系統。對軟巖綜采工作面的地質問題進行準確判定和及時處理,為軟巖綜采工作面生產提供保障［4］。

2.2 全方位優化技術

1）綜采面設計優化。131軟巖綜采工作面是作為保護層進行開采的,開采長度、開采高度如果較小則影響卸壓效果,開采長度、開采高度如果過大則造成浪費,綜合卸壓效果、地質構造情況等因素設計采高3m,傾向長度為156m,走向長度為900m,采用綜合機械化單向下行采巖工藝,實現綜采面設計優化。

2）輔運系統優化的實現。131軟巖綜采工作面機巷與風巷分別長1 090m與1 030m,兩巷多處坡度起伏高達15°左右,材料設備運輸困難,人員行走困難勞動強度較大。對輔運系統進行優化,在兩巷通道布置單吊軌車,井下工作人員與工作面物料均通過人吊掛與單吊軌車運輸,減少設備運輸過程中的破壞及工作人員的工作強度,實現輔運系統的優化。

3）主運系統優化。軟巖綜采工作面采出主要為矸石,為了不影響煤流系統的正常運轉,需要一套獨立的運矸系統,因此,將礦井早期的老副井改造為矸石提升井,在井上與井下均建立膠帶輸送機排矸系統,實現了排矸系統膠帶化,主運系統連續化,采掘的快速連續作業,提高了排矸工作的效率,實現了主運系統的優化。

4）維修系統優化。礦山機電維修是礦山生產的重要組成部分,該礦建立了綜采設備維修管理平臺,設備維修效率與維護質量均顯著提高,主要機械故障率降低,主要部件實現急速供應,綜采設備實現了信息化管理,實現了維修系統的優化。

3 軟巖保護層工作面綜采主導技術

3.1 工作面圍巖穩定性控制技術

3.1.1 巷道圍巖穩定性控制技術

1）回風巷及運輸巷支護。131軟巖綜采工作面回風巷及運輸巷巷高與巷寬分別為4.3m、3.4m,兩巷凈斷面尺寸為14.62m2。針對軟巖易發生破碎的特點,兩巷采用“錨錨帶網”結合及時注漿的聯合支護方式。

2）回風巷及運輸巷的超前支護。回風巷及運輸巷在超前工作面5m～8m,采用抹帽進行超前棚支護。抹帽采用DZ型單體液壓支柱配合直徑0.3m的半圓木料交錯進行拉鎖木棚。雖然進行了超前支護作業,但回風巷及運輸巷一些區域頂板壓力仍然較大,為了保障工作面正常作業及人員安全,實行作業面礦壓動態管理。

3.1.2 采場圍巖穩定性控制技術

131軟巖綜采工作面的采場使用ZY7200/12/21型掩護式液壓支架進行支護,工作面內共布置71架液壓支架。

1）采空區的圍巖控制。軟巖綜采工作面推進后,采空區采用全部垮落法進行采空區頂板的礦壓控制,采空區依次進行退錨及切頂柱回撤工作,為保證安全采用遠距離回柱方式進行回柱。

2）工作面過斷層圍巖控制技術。依據該軟巖層存在的斷層地質構造特征,采用超前層位對接技術、微差爆破工藝、帶壓短時移架等措施,確保軟巖綜采工作面迅速通過斷層。

3）當軟巖巖層中砂巖厚度小于1.5m時,軟巖綜采工作面采用單排眼布置：當軟巖巖層中砂巖厚度大于1.5m時,軟巖綜采工作面采用三花眼布置。對斷層構造盡量詳細勘測,工作面推進時進行超前預判,煤機不進行強行截割,預先剎底、挑頂,保證工作面安全推進至斷層另一盤,回歸正常開采,完成工作面過斷層時超前層位的對接。示意圖如圖1。

3.1.3 動態監測及反饋

為監測巷道頂幫移進量、頂板離層量及錨桿載荷等數據,于工作面安裝監測分站,測站間距根據工作面生產狀況而定,將道頂幫移進量、頂板離層量及錨桿載荷,礦壓數據等數據反饋至相關部門,對于工作面安全生產管理、兩巷的加強支護都有重大的意義［5］。

3.2 液壓支架選型與設備配套

1）支架選型。綜采工作面的采場使用ZY7200/12/21型掩護式液壓支架進行支護,支護強度0.95MPa,初撐力4673－5 321kN,將采空區與工作面隔開,改善軟巖壁片幫程度,可滿足設計要求。

2）設備配套。為保證施工連續化以及減少工作時的設備故障率,綜采工作面對煤機設備和其他機械設備都有較高的要求。在設備選型時,需要選取具有良好裝巖效果的滾筒、高可靠性行走機構、高可靠性液壓系統、高可靠性支撐滑靴組件等煤機設備以及具有高耐磨、高強度、高韌性、免維護等獨特性能的運輸設備。

3）設備配件。軟巖面回采時,根據工作面生產應用和經濟效益選用合適的截齒類型。從現場實際應用考慮,肯納金屬在使用過程中磨損不均勻容易損壞齒靴甚至齒座；株洲雙力與齒靴配合過緊,拆換困難,但效益最高；安徽澳德更換頻繁,耐磨度較差；山特維克截齒耐用度最高,便于檢修和管理,有利于連續作業。各類截齒消耗表見表1。

表1 截齒消耗表

4 軟巖保護層工作面綜采保障技術

4.1 多災害防控技術

1）瓦斯防治技術措施。為保證礦山的安全生產,采用多種措施相結合進行瓦斯治理是煤礦安全管理的重要措施。

2）防治水技術措施。根據礦山地質情況,當工作面過砂巖裂隙富水條帶時,制定水安全技術方案,確保施工安全；在工作面機、風巷低洼處預掘水倉,配備排水管1趟和電泵2臺,電泵排水能力不低于60m3/h,其中,1臺使用,1臺備用,并加強維護。

3）防塵技術措施。在131軟巖面回采過程中會產生大量的粉塵,一方面,降低工作面生產效率,另一方面,引發塵肺病,損害工人身心健康,一般的注水消塵措施對巖層工作面效果不大,必須針對巖石工作面條件采取自主防護、通風除塵、灑水降塵、塵源控制等綜合防治措施。

4.2 勞動組織保障

在軟巖面放炮作業時,采用“四六制”作業方式,既能保證放炮作業的正常循環作業,又能保證作業標準化,提高了生產效率。

5 結語

1）131軟巖面自試生產以來,工作面推進度合理,三機配套能保證工作面的正常生產,確保了軟巖工作面安全順利回采。

2）軟巖保護層工作面在回采過程中,瓦斯抽采效果較好,沒有發生瓦斯超限事故,提高了礦山安全系數。

3）兩巷棚式支護存在一定的安全隱患,應增強工作面支護強度,優化設計端頭支架,保障安全高效回采。

4）在礦山生產過程中,由于環境的復雜性,設備故障率、磨損程度以及材料消耗等因素影響軟巖面的回采速度,需要新技術、新材料、新工藝、新設備的研究。

參考文獻：

［1］ 何滿潮,錢七虎.深部巖體力學基礎［M］.北京：科學出版社,2010：5－6.

［2］ 李洪杰,杜計平.煤與瓦斯突出危險煤層卸壓開采可行性分析［J］.煤礦安全,2014,45（11）：158－160.

［3］ 李偉,詹振江.淮北礦區“三軟”極復雜煤層綜采技術研究與實踐［J］.煤炭學報,2010（11）：1800－1808.

［4］ 王新琨.強突出煤層群儲層聯合改造技術［J］.煤礦安全,2014,45（9）：75－78.

［5］ 董鋼鋒,宋慶堯,劉見中特厚松軟高突煤層高效開采瓦斯綜合治理技術［J］.煤礦安全,2007,38（7）：10.