1308綜采工作面過沖刷帶技術研究

林 海 白冰冰 韓應偉

（濟寧礦業集團花園井田資源開發有限公司，山東 濟寧 272200）

在煤礦地質構造中，沖刷帶是其中常見的一種類型，受其影響的采煤工作面具有煤層薄、開采條件惡劣、回采率低、經濟效益差等特點。很多煤礦在面臨這種情況時會采取跳過沖刷帶影響范圍來提高生產速度，這不僅會造成采儲比例失調，還會縮短礦井服務年限，并且浪費了大量的薄煤層資源，給煤炭工業的可持續發展帶來了很大影響[1-5]。

本文以霄云煤礦1308 綜采工作面為背景，根據1308 工作面沖刷帶類型和特征提出了合理的過沖刷帶技術方案，制定了相應的工作面礦壓實測方案，對于綜采工作面過沖刷帶具有一定的指導意義。

1 工程概況

濟寧礦業集團有限公司霄云煤礦1308 工作面為走向長壁綜合機械化開采工作面，開采煤層為3 煤層，煤層平均厚度為3.47m，工作面走向長度880m，傾斜長度212.9m，工作面內煤巖層走向西北，傾向北東，傾角15°。煤層頂底板均為砂巖，具體煤層及頂底板條件見表1。

表1 煤層頂底板條件

2 沖刷帶對回采的影響

根據沖刷帶鉆孔探測結果發現霄云煤礦1308綜采工作面內發育1 條沖刷帶，屬于沉積后沖刷帶類型，沖刷帶與工作面的位置關系如圖1 所示。根據該區域兩順槽實際揭露情況，該沖刷帶煤層變薄區長軸垂直于工作面推進方向，最大總跨度約135m，最小跨度約51m。沖刷帶主體為中砂巖，硬度系數f=8~10，屬于堅硬巖石。沖刷帶對1308 工作面的主要影響如下：

（1）受沖刷帶侵蝕影響，該區域內地質儲量僅有4.72 萬t，比工作面正常區段減少約5.5 萬t；

（2）煤層厚度起伏變化大，厚度小于2m 的面積有22171m2，最薄處僅1.4m，嚴重影響綜采設備正常工作；

（3）沖刷帶巖體為砂巖，屬于堅硬巖石，采煤機截割會加快截齒的磨損速度；

（4）沖刷帶影響區域內煤層光澤變暗，灰分增高，雜質含量增多，煤質受到嚴重影響。

圖1 沖刷帶與工作面位置關系

3 施工技術方案優選

3.1 過沖刷帶技術方案

根據沖刷帶探測結果，結合1308 綜采工作面實際開采情況，確定三種過沖刷帶方案。

方案一：工作面推進到沖刷帶邊緣，新開切眼、搬家倒面跳過沖刷帶，繼續以正常開采方式生產，如圖2 所示。

圖2 方案一過沖刷帶巷道布置示意圖

方案二：開掘繞巷，在沖刷帶較薄側縮短工作面長度，避開沖刷帶影響嚴重區域，然后采煤機直接截割通過，如圖3 所示。

方案三：松動爆破預裂配合采煤機截割直接通過。在沖刷帶厚度較小區域采煤機降低采高直接通過；在沖刷帶厚度較大區域，即煤層厚度小于采煤機機身高度時，采取預先爆破致裂后采煤機再通過的方式，如圖4 所示。

圖3 方案二過沖刷帶巷道布置示意圖

圖4 方案三過沖刷帶巷道布置示意圖

3.2 技術方案經濟對比

預計各方案的施工成本，并將各部分成本折合為經濟損失，各方案經濟對比如下：

方案一：將綜采設備搬家倒面，預計花費148萬元，耗時8d；開掘設備回撤通道及新開切眼花費210 萬元，耗時15d。工作面正常生產情況下推過相同長度預計需要10d，則方案一在施工方面花費約390 萬元，相對停產13d 等同于損失生產效益約680 萬元，且損失煤炭資源約5.1 萬t 價值2700 萬元。綜上，方案一共計損失約3770 萬元。

方案二：將綜采設備搬家倒面，預計花費148萬元，耗時5d；開掘設備回撤通道及新開切眼花費約203 萬元，耗時14d，部分區域截割沖刷帶巖體造成的設備維修及材料消耗約30 萬元。則方案二在施工方面花費約381 萬元，相對停產9d 等同于損失生產效益約470 萬元，且損失煤炭資源約2.2 萬t 價值1100 萬元。綜上，方案二共計損失約1980 萬元。

方案三：預裂爆破預計花費235 萬元，設備過沖刷帶截割巖體造成的額外維修費用及配件材料的消耗約185 萬元，預計39d 完全通過沖刷帶。則方案三在施工方面花費約420 萬元，相對停產29d 等同于損失生產效益約1513萬元，煤炭資源全部采出。綜上，方案三共計損失約1933 萬元。

對比可以看出，方案一的經濟損失明顯高出方案二和方案三；方案三與方案二相比省去了大量的掘進工程和綜采設備搬家的過程，并避免了煤炭資源的損失，降低了采空區自燃的風險。因此選用方案三作為1308 工作面過沖刷帶的施工方案。

表2 技術方案經濟對比

4 過沖刷帶關鍵技術措施

4.1 預先爆破致裂

在過變薄區期間，當沖刷帶巖體硬度f ＞6 時，采煤機直接截割通過較困難，應預先爆破處理，炮眼排距根據現場沖刷帶巖體厚度確定。當巖體厚度小于1m 時采用單排布置炮眼；巖體厚度在1 ～2m之間時采用雙排、三花眼布置，排距0.5m，眼距0.7m；巖體厚度大于2m 時采用三排、五花眼布置，排距0.5m，眼距0.7m。具體炮眼布置情況如圖5 所示。

圖5 炮眼布置

爆破預裂工作應在檢修班完成以避免影響正常生產工作。爆破采用氣腿式風動鑿巖機打眼，炮眼深1600mm，排距根據現場矸石高度布置。清理干凈炮孔內的巖屑后裝藥，選用煤礦許用二級乳化炸藥，采用正向裝藥的方式以提高裝藥速度，裝藥完成后使用水炮泥封眼，封泥長度不小于500mm。

4.2 采煤機割煤工藝

在未受沖刷帶影響的范圍，采煤機采高要控制在3.5m 左右；在過煤層變薄區期間，采高要控制在2.5~2.8m，在保證正常生產的同時盡量少割矸石。

受沖刷帶影響，工作面底板起伏較大、正常割煤難以通過時，可采用采煤機提刀或臥兩刀、平推一刀的方式。

為避免因頂板巖體預裂爆破后巖塊松動導致的工作面支架“壓死”現象，工作面采高要根據支架壓力隨時調整；同時沖刷帶內跟機拉移支架滯后采煤機不得超過3 架，以避免出現冒頂現象。

5 過沖刷帶期間礦壓實測與分析

5.1 礦壓觀測方案及設備

在沿工作面傾斜方向每5 個液壓支架布置一個測點，即在5#、10#、15#……150#支架上布置測點。工作面共布置了30 個測點，其中5#、10#……50#為下部測點，55#、60#……100#為下部測點，105#、110#……150#為上部測點。工作面礦壓測點布置如圖6 所示。

礦壓監測采用KBJ-60 Ⅲ-1 綜采支架工作阻力連續記錄儀監測工作面液壓支架工作狀況，支架壓力可以動態地顯示在PM32 上，讀出支架PM32 控制器上壓力傳感器上的讀數為支架初撐力，工作面每推進一個循環可以從壓力表上讀出最大工作阻力，最后將采集到的數據輸入計算機進行分析，系統組成如圖7 所示。

圖6 工作面礦壓測點布置圖

5.2 礦壓觀測結果分析

實測結果顯示工作面在進入沖刷帶之前支架工作阻力在25~30MPa 之間，最大阻力為32.3MPa 左右，此階段周期來壓步距平均為11.5m；進入沖刷帶之后，支架工作阻力明顯增大，且呈測點位置沖刷帶厚度越大支架阻力越大的趨勢，尤其130#~150#支架礦壓顯現最為劇烈，最大壓力達到44MPa，此階段周期來壓平均約為23.7m。沖刷帶巖體為砂巖，強度要高于煤層正常區段的直接頂，不能隨采隨垮或會出現垮落不充分現象，導致過沖刷帶期間礦壓顯現強度及周期來壓步距都變大。

在現場觀測中，過沖刷帶期間周期來壓過程中支架立柱下縮量明顯，由于爆破措施會出現局部頂板破碎現象，通過敷設金屬網護幫護頂和破碎嚴重區域注漿加固成功改善了頂板條件，為工作面安全推過沖刷帶提供了保障。

6 結論

（1）過沖刷帶期間綜采工作面會出現開采難度增加、煤質變差、礦井生產計劃受到影響等問題；

（2）結合1308 工作面沖刷帶分布范圍及厚度及工作面實際情況，提出了三種不同的過沖刷帶方案，并通過技術及經濟對比確定采用松動爆破預裂配合采煤機截割直接通過的方案；

（3）過沖刷帶期間工作面礦壓顯現劇烈，周期來壓步距與周期來壓強度明顯變大；

（4）霄云煤礦1308 綜采工作面成功通過沖刷帶，為礦井節省了開掘繞巷和裝備搬家的費用，將沖刷帶影響范圍內的煤炭資源全部采出，取得了良好的效果，對類似條件下受沖刷帶影響的工作面回采具有一定的參考價值。