71511綜采工作面過沖刷帶工程實(shí)踐

郭衛(wèi)星

（陽泉煤業(yè)（集團(tuán)）股份有限公司二礦，山西 陽泉 045008）

沖刷帶是礦井工作面回采過程中一種常見的地質(zhì)構(gòu)造，由于沖刷帶的巖層強(qiáng)度較煤層大得多，因此會(huì)對(duì)工作面機(jī)械化采煤產(chǎn)生直接影響[1]。當(dāng)沖刷帶厚度較薄時(shí)，可以利用采煤機(jī)滾筒截割前進(jìn)；當(dāng)沖刷帶厚度較大，則需要先采用淺孔爆破對(duì)沖刷帶巖層進(jìn)行松動(dòng)[2-4]。研究分析綜采工作面過沖刷帶工程實(shí)踐，對(duì)礦井開采技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益方面都具有重要的意義[5-6]。以陽泉煤業(yè)二礦71511工作面為工程實(shí)踐，研究了工作面過沖刷帶的方法與技術(shù)，通過該方法既提高了工作面經(jīng)濟(jì)效益，也為日后類似工作面過沖刷帶提供了經(jīng)驗(yàn)。

1 工作面概況

陽泉煤業(yè)二礦71511工作面地表位于桑掌村以南、五畝垴以北一帶，地形溝谷縱橫。工作面東部為71512工作面，南部為十五采區(qū)準(zhǔn)備巷，西部為71509工作面采空區(qū)，北部為十五采區(qū)后配巷。工作面所采煤層為3號(hào)煤層，煤層傾角3～15°，平均傾角為9°，平均厚度為2.16m，距底板0.8m左右有一層夾矸，平均厚度為0.1m，巖性為炭質(zhì)泥巖。3號(hào)煤層直接頂板為泥巖厚度0.18m、砂質(zhì)泥巖厚度1.9m，底板主要為黑灰色泥巖，厚度1.5～4.8m，平均3.96m，3號(hào)煤層頂、底板平均抗壓強(qiáng)度為44.84MPa。

工作面從切眼往外553m開始揭露沖刷帶，沿著工作面走向影響范圍為70m，該區(qū)域煤層最薄小于1m，揭露的沖刷帶為中細(xì)砂巖，巖層強(qiáng)度高。因此，工作面如何順利通過該區(qū)域沖刷帶成為工作面安全高效回采的重要一環(huán)。

2 沖刷帶探測

2.1 探測方案

為了對(duì)71511綜采工作面沖刷帶的最大下切深度和影響范圍進(jìn)行分析，采用定向鉆探技術(shù)對(duì)工作面進(jìn)行探測，得到?jīng)_刷帶的最大下切深度和延展規(guī)律，根據(jù)探測結(jié)果制定工作面過沖刷帶的施工方案。

沿著運(yùn)輸巷掘進(jìn)方向距巷道底板1.1m處分別布置3個(gè)主探測鉆孔，鉆孔角度為3.6°，向工作面回風(fēng)巷施工。開孔孔徑為153mm，采用“導(dǎo)向孔+分級(jí)擴(kuò)孔”的施工方案。首先使用孔徑為96mm的導(dǎo)向孔進(jìn)行定向鉆孔，然后再采用孔徑153mm的鉆頭進(jìn)行擴(kuò)孔，最后采用孔徑133mm封孔管1.5m。其鉆孔布置示意圖如圖1所示。

圖1 定向鉆孔布置平面圖

布置1～3號(hào)主探測鉆孔后，采用前進(jìn)式分支孔工藝分別布置分支鉆孔，垂直進(jìn)行煤層頂、底板沖刷帶探測，分支孔布置個(gè)數(shù)和參數(shù)如表1所示。

表1 定向鉆探分支孔布置參數(shù)

2.2 探測結(jié)果分析

定向鉆探探測后，得到靠近工作面兩巷范圍內(nèi)的沖刷帶煤層厚度較大，而中部煤層受到?jīng)_刷的影響嚴(yán)重，沿著工作面走向影響范圍為70m，該區(qū)域煤層最薄約小于1m。工作面煤層中部沖刷帶存在無煤區(qū)域，無煤區(qū)域長約為15m，寬約為10m。

3 工作面過沖刷帶施工方案

3.1 施工方法

綜采工作面過沖刷帶時(shí)根據(jù)其厚度的不同施工方法也有所不同。當(dāng)沖刷帶厚度小于0.5m時(shí)，此時(shí)沖刷帶厚度薄，可以采用采煤機(jī)直接推過的方式過沖刷帶；當(dāng)沖刷帶厚度較大時(shí)，一般先采用采煤機(jī)掃底煤后淺孔松動(dòng)爆破破巖，最大限度地減少爆破的破巖量。

3.2 施工工藝

（1）當(dāng)工作面沖刷帶煤層厚度不小于采煤機(jī)最低通過高度時(shí)，可以降低采高的方法來過沖刷帶。工作面所用采煤機(jī)運(yùn)行最低采高為3.8m，當(dāng)沖刷帶煤層厚度大于3.8m，可以采用沿底割頂?shù)姆绞竭M(jìn)行回采，從而可以實(shí)現(xiàn)最大的破巖量。

（2）當(dāng)工作面回采過程中沖刷帶巖層為斷面小于0.5m2硬巖或者巖層強(qiáng)度低時(shí)，可以采用采煤機(jī)直接推采的方式，需要控制煤機(jī)的牽引力和牽引速度。當(dāng)沖刷帶巖層斷面大且強(qiáng)度較大但是底板巖層強(qiáng)度低時(shí)，可以采用臥底的方式，煤機(jī)正常截割。工作面采用臥底+煤機(jī)截割的方式過沖刷帶，臥底厚度應(yīng)當(dāng)大于0.3m，臥底過程中應(yīng)當(dāng)注意支架的架型和初撐力。

（3）當(dāng)沖刷帶巖層強(qiáng)度大，采用以上兩種方法無法正常通過時(shí)，可以采用淺孔預(yù)裂爆破的方式過沖刷帶。鉆孔的深度一般為2m，鉆孔角度為10°，孔間距為1.0m，孔徑42mm。根據(jù)沖刷帶巖層厚度的不同，分別采用單排炮眼、雙排炮眼和三排炮眼的布置方式，其布置方式如圖2所示。沿著煤機(jī)機(jī)尾向機(jī)頭方向依次爆破鉆孔，爆破松動(dòng)巖層后，煤機(jī)由機(jī)尾向機(jī)頭方向截割松動(dòng)巖層。當(dāng)煤機(jī)向機(jī)頭方向推進(jìn)20～30m移架后，煤機(jī)向機(jī)尾方向后退，進(jìn)行下一輪放炮，保證施工的正常進(jìn)行。

圖2 沖刷帶不同巖層厚度炮眼布置平面圖

4 工作面過沖刷帶加強(qiáng)支護(hù)研究

4.1 加強(qiáng)支護(hù)

工作面過沖刷帶后，應(yīng)當(dāng)在運(yùn)輸巷和回風(fēng)巷距沖刷帶10m范圍內(nèi)加強(qiáng)支護(hù)，提高巷道的穩(wěn)定性。兩巷采用錨網(wǎng)索的支護(hù)方式，頂板錨桿采用Φ18×2200mm左旋螺紋鋼，幫部錨桿采用Φ18×2000mm左旋螺紋鋼，錨桿間排距為800×800mm。樹脂藥卷采用Φ23×500mm樹脂錨固劑，每根錨桿1塊藥卷。

錨網(wǎng)要全斷面掛網(wǎng)，網(wǎng)間搭接100mm，用14#鐵絲聯(lián)網(wǎng)間距為：每隔一孔聯(lián)一扣。

錨索使用Φ17.8mm的鋼絞線制作，長度為6300mm，間距為3000mm。樹脂藥卷采用符合煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MT146.1-2002的Φ23×500mm樹脂錨固劑，每根錨索3塊藥卷。支護(hù)材料參數(shù)如表2所示。

表2 巷道支護(hù)參數(shù)表

4.2 超前移架

采用超前移架的方式應(yīng)對(duì)工作面過沖刷帶時(shí)加強(qiáng)支護(hù)。回采后工作面出現(xiàn)破碎頂板且端面距超過800mm時(shí)，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行超前移架。液壓支架移動(dòng)到位后，將支架升平升緊，使得初撐力達(dá)到規(guī)定值范圍，將伸縮梁、護(hù)幫板依次打開，調(diào)整好相鄰支架間的距離，避免支架之間露矸，影響支護(hù)效果。

5 結(jié)論

（1）71511工作面采用定向鉆探技術(shù)對(duì)工作面沖刷帶進(jìn)行探測，得到?jīng)_刷帶的最大下切深度和延展規(guī)律，沿工作面走向沖刷帶影響范圍為70m，該區(qū)域煤層最薄約小于1m。工作面煤層中部沖刷帶存在無煤區(qū)域，無煤區(qū)域長約為15m，寬約為10m。

（2）根據(jù)探測結(jié)果，制定工作面過沖刷帶的方案，根據(jù)沖刷帶煤巖層不同厚度和斷面，分別采用降低采高、采煤機(jī)直推、臥底+采煤機(jī)截割、淺孔預(yù)裂爆破的方式過沖刷帶。

（3）工作面過沖刷帶時(shí)，進(jìn)行了加強(qiáng)支護(hù)，采用錨網(wǎng)索支護(hù)方式提高巷道的穩(wěn)定性，采用超前移架的方式減少頂板破碎。采用以上過沖刷帶技術(shù)，減少了巷道的掘進(jìn)量，提高了礦井的經(jīng)濟(jì)效益。