特殊地質(zhì)條件下大采高綜采技術(shù)研究

馬 寧

(山西省長治經(jīng)坊煤業(yè)有限公司， 山西 長治 047100)

1 前言

大采高走向長壁式采煤工作面由于工作面距離較長，回采過程中往往會(huì)遇到斷層等地質(zhì)構(gòu)造。斷層導(dǎo)致工作面前方頂板巖層在斷層面發(fā)生斷裂，失去力的傳遞作用，工作面前方煤體應(yīng)力集中，易導(dǎo)致工作面片幫漏矸現(xiàn)象，且由于采高較大，常伴有支架實(shí)際支護(hù)阻力降低、支架位態(tài)變差等現(xiàn)象。因此，研究大采高綜采工作面過斷層等地質(zhì)構(gòu)造帶技術(shù)，對(duì)保證工作面安全回采具有重要意義[1-2]。

經(jīng)紡煤礦3807大采高綜采工作面走向長1389m，近水平煤層，平均5.3m，頂板松軟破碎，直接頂為炭質(zhì)泥巖。在巷道掘進(jìn)過程中共揭露4條斷層，其中F27、F30落差均為2.5m，斷層會(huì)對(duì)工作面正?；夭蓭磔^大影響。3#煤層底板的總體起伏是比較大的，而且褶曲全區(qū)發(fā)育。3807大采高綜采工作面回采煤層部分位于褶曲構(gòu)造中，回采過程中先要進(jìn)行仰采，之后逐漸過渡到俯采。

2 過斷層具體施工方法

回采工作面采高大小與過斷層的難易程度呈正比關(guān)系，即采高越大過斷層難度越大，采高越小工作面片幫越少，礦壓顯現(xiàn)越緩和，過斷層越容易。因此，過斷層時(shí)，盡可能降低采高。

1)最小采高確定

工作面過斷層時(shí)的最小采高為

hmin=h1+h2+h3

(1)

式中：h1——液壓支架頂梁厚度；

h2——采煤機(jī)身高度；

h3——過機(jī)空隙余量。

3807工作面中支架一級(jí)、二級(jí)護(hù)幫板收回后頂梁厚度h1為650mm，滾筒直徑、機(jī)身高度最大者h(yuǎn)2為2800mm，h3過機(jī)空隙余量為400mm，另外考慮頂板下沉等不確定因素，將最小高度hmin定為4.0m。

2)過F30斷層施工方法

當(dāng)工作面通過F30斷層時(shí)，工作面是由上盤進(jìn)入下盤，具體方法如圖1所示。由于煤層厚度為5.3m，上、下盤煤層相交厚度為2.8m，最小采高為4.0m，且煤層偽頂和直接底均為強(qiáng)度較低的泥巖，偽頂為0.4m，直接底為0.98m，采用“硬過”斷層法，具體做法是：在距斷層12m前開始通過逐漸加大底煤的留量來降低采高，每刀煤采高降低100mm，使工作面以8°仰采，在距斷層1.6m處時(shí)采高已經(jīng)降為4m，此時(shí)開始割偽頂使采高維持在4m，工作面底部先揭露斷層，采煤機(jī)保持0.8m的臥底量割下盤的底板，直到工作面順利通過斷層。

圖1 過F30斷層具體方法

3)過F27斷層施工方法

當(dāng)工作面通過F27斷層時(shí)，是由下盤進(jìn)入上盤，在距斷層10.23m時(shí)將采高降低為4m，此時(shí)需對(duì)頂煤進(jìn)行注漿加固，同時(shí)開始割底板，每刀煤采煤機(jī)臥底量增加112mm，使工作面以8°俯采，推進(jìn)5.7m后工作面頂部先揭露斷層，此時(shí)對(duì)斷層面進(jìn)行注漿加固，采煤機(jī)保持臥底量不變，采高維持在4m，直到工作面完全進(jìn)入斷層上盤，具體方法如圖2所示。

圖2 過F27斷層具體方法

3 斷層面附近采取必要的注漿加固措施

F30、F27斷層是在順槽掘進(jìn)時(shí)揭露的，斷層在煤層中延展情況無法預(yù)計(jì)，但當(dāng)工作面進(jìn)、出構(gòu)造時(shí)，會(huì)由于構(gòu)造的影響，而造成煤、矸交界區(qū)域頂板錯(cuò)差大、煤壁破碎、片幫大等問題，在這種情況下，加強(qiáng)對(duì)斷層面附近煤礦注漿加固對(duì)于保障采煤作業(yè)的安全性和作業(yè)質(zhì)量、效率都具有十分重要的意義，有效地解決作業(yè)過程中耗時(shí)長、工作量大、不安全等問題，支護(hù)效果理想，作用顯著。

1)斷層面注漿

根據(jù)回風(fēng)巷道揭露的F27、 F30斷層來看，斷層走向跟工作面有一定夾角，工作面上端頭將先遇見斷層，因此在距回風(fēng)巷道揭露斷層2m前處即對(duì)工作面煤壁進(jìn)行注漿加固，直到工作面順利通過斷層。根據(jù)以往注漿經(jīng)驗(yàn)，布置單排注漿孔，孔距間隔為2個(gè)支架的寬度，注漿高度在采高的2/3處，仰角為20°～30°，孔深5m，每推進(jìn)4m注漿一次，也可根據(jù)回采工作面的現(xiàn)場情況采用局部打孔注漿，鉆孔布置示意圖如圖3所示。

圖3 斷層面注漿孔布置示意圖

2)留頂煤注漿

當(dāng)工作面過渡到斷層F30下盤和工作面在F27下盤降低采高時(shí)都需要對(duì)頂煤進(jìn)行注漿加固，注漿方案與煤壁注漿類似，布置單排注漿孔，孔距間隔為2個(gè)支架的寬度，注漿高度是最小采高4m，仰角為20°～30°，孔深5m，每推進(jìn)4m注漿一次，也可根據(jù)回采工作面的現(xiàn)場情況采用局部打孔注漿，鉆孔布置示意圖如圖4所示。

圖4 留頂煤注漿孔布置示意圖

4 過斷層期間回采工藝控制

(1)進(jìn)一步保護(hù)支護(hù)的有效性和功能性。工作面過斷層時(shí)，采取“壓擦頂移架，超前移架”方式，支架頂梁接頂接實(shí)，初撐力符合要求。

(2)回風(fēng)巷道預(yù)先加強(qiáng)支護(hù)，擴(kuò)大超前支護(hù)范圍。

(3)強(qiáng)化采煤工序的配合密度。支架工與采煤機(jī)司機(jī)配合密切，超前2架收回護(hù)幫板，滯后2架打開護(hù)幫板護(hù)幫，確保工序的有序性和安全性，避免冒頂、片幫現(xiàn)象的發(fā)生。

(4)采煤機(jī)司機(jī)要結(jié)合工序流程和采煤區(qū)域?qū)嶋H工作進(jìn)行作業(yè)操作，按流程、要求規(guī)范操作。

5 大采高綜采俯采技術(shù)方案

大采高綜采俯采技術(shù)方案的制定以實(shí)際為基礎(chǔ)，以經(jīng)驗(yàn)為依據(jù)，一般而言，當(dāng)俯采的角度小于8°時(shí)，基本對(duì)于回采工作不造成影響，也就是說，對(duì)于3807工作面而言，第一階段、第二階段都處于正常角度范疇，在回采過程中不會(huì)出現(xiàn)問題，但由于第三階段俯采的角度要高出合理角度范疇以外，俯采為16°，角度較大，在實(shí)際作業(yè)過程中容易存在一些問題，需要綜合考慮，以確保技術(shù)方案制定的可行性和有效性。

5.1 支架穩(wěn)架技術(shù)措施

支架穩(wěn)架技術(shù)措施是為了防止工作面俯采角度過大時(shí)造成支架承壓力的降低，導(dǎo)致支架無法發(fā)揮應(yīng)有的作用。強(qiáng)調(diào)支架穩(wěn)定性主要從頂、底板與支架摩擦阻力、支架初撐力、回采進(jìn)度出發(fā)，摩擦阻力越大、支架初撐力越大、回采進(jìn)度越大，支架的穩(wěn)定性也會(huì)越好。

5.2 防止刮板輸送機(jī)及煤機(jī)前傾措施

當(dāng)俯采達(dá)到12°以上時(shí)，難以進(jìn)行推溜作業(yè)。達(dá)到15°以上時(shí)，采煤機(jī)易發(fā)生傾倒。針對(duì)傾角過大難以推溜作業(yè)問題，可采取以下方法：(1)改變刮板受力方向，于支架推拉頭和刮板連接處增加一限位塊，使輸送機(jī)受力點(diǎn)下移。(2)采用壓柱推移刮板輸送機(jī)，即用單體液壓支柱壓住推拉頭進(jìn)行推移輸送機(jī)，單體支柱一端打在十字頭上，另一端打在支架頂梁上，形成70°的角度，一是為了避免刮板輸送機(jī)出現(xiàn)側(cè)翻問題；二是進(jìn)一步提高裝煤效果；三是為了更好的輔助刮板輸送機(jī)工作。此種工藝已經(jīng)在實(shí)際工作中取得成功

5.3 改善裝煤效果技術(shù)措施

3807工作面采取雙向割煤，主要原因是煤壁片幫嚴(yán)重，采煤機(jī)割完一刀煤后，需要立即推溜，拉超前架。但當(dāng)工作面俯采角度大于正常范圍時(shí)，不僅影響裝煤效果，而且煤壁片幫也相對(duì)減少，因而，為改善裝煤效果，建議采用單向割煤。

5.4 防止竄矸技術(shù)措施

1)封閉墻防竄矸石技術(shù)措施

大采高俯采工作面上下隅角需采用封閉墻封閉，以防止采空區(qū)矸石竄出威脅行人安全。封閉墻可采用木垛與矸石袋相結(jié)合的方式，并向采空區(qū)方向設(shè)有3°～5°傾角。為保證封閉墻穩(wěn)定性，木垛可采用耙釘進(jìn)行聯(lián)接加固，并固定于巷幫錨桿上。

2)工作面防竄矸技術(shù)措施

(1)移架時(shí)，要及時(shí)采用支架側(cè)護(hù)板調(diào)整支架間隙，防止支架間隙過大導(dǎo)致采空區(qū)矸石竄入工作面。

(2)“帶壓擦頂”移架。即移架時(shí)，待支架移動(dòng)后，應(yīng)立即停止降柱使之擦頂前移。要控制好降柱幅度，一般不超過100 mm，防止破碎偽頂矸石滑落到工作面內(nèi)造成事故。

6 結(jié)論

(1)大采高工作面過斷層構(gòu)造時(shí)，盡可能降低采高，有利于減少煤壁片幫，使礦壓顯現(xiàn)緩和，最小高度為4.0m。

(2)當(dāng)工作面片幫較大時(shí)，須對(duì)斷層面采取注漿加固措施。

(3)工作面過斷層期間的回采工藝控制是決定工作面能否按照要求安全順利通過斷層的關(guān)鍵。

(4)工作面俯采時(shí)，需針對(duì)支架穩(wěn)定性差，推移刮板輸運(yùn)機(jī)困難，易側(cè)翻；采煤機(jī)裝煤效果差，采煤機(jī)易向煤壁前傾，矸石易從架間、上下隅角竄入工作面，工作面涌水量大，易造成底板泥巖軟化，支架鉆底等采取針對(duì)性措施，保證生產(chǎn)安全。