基本頂直覆之下合理采煤工藝實踐研究

鄭永明

（山西陽煤集團(tuán)二礦， 山西 陽泉 045000）

基本頂直覆現(xiàn)象在煤礦回采上限工作面當(dāng)中十分常見，相比于一般的煤礦采煤工藝，回采上限工作面的回采工作需要依托基本頂強度分析進(jìn)行采煤工藝的選擇，因此常規(guī)作業(yè)環(huán)境當(dāng)中的機械化綜采、普采等方式，需要能夠在基本頂直覆工作面的相關(guān)規(guī)劃當(dāng)中做出分析，形成能夠因地制宜地制定開采計劃的工作能力，保障開采工作有序開展。

1 項目單位基本頂直覆下的工作面情況

本文所在煤礦項目單位環(huán)境相對特殊，礦井下方煤層平均厚度約為4 m，平均角度約為6°。經(jīng)過現(xiàn)場勘探和測算可以認(rèn)定，所在煤層的頂板為基本頂直覆，直覆基本頂土質(zhì)大部分為砂巖土，部分為泥質(zhì)砂巖，平均厚度超過10 m，最厚位置厚度接近30 m。

初期煤礦開采工作主要以機械綜采為主要采礦策略，在煤礦巷道工作面當(dāng)中，上風(fēng)道和下順槽兩個位置都處于斷層底單，受到應(yīng)力傾向較為嚴(yán)重。在開采過程中，采煤單位選用了液壓支架裝置，對工作面內(nèi)部受到應(yīng)力傾向嚴(yán)重的位置進(jìn)行補強，提升工作面的采礦強度，同時選用刮板運輸機與采煤機設(shè)備相互配合，進(jìn)行工作面內(nèi)部的采煤工作和煤礦運輸工作[1]。工作面基本形態(tài)如圖1所示。

2 基本頂直覆工作面的采礦方式分析

2.1 機械綜采方式分析

機械綜采方式作為本文所在項目單位主要使用的工藝開采方式，在目前國內(nèi)基本頂直覆回采工作面當(dāng)中具有一定的普遍性，通過深入分析可以看到，開展機械綜采能夠應(yīng)對不同地質(zhì)環(huán)境下的開采要求，同時機械采煤裝置和實際采煤工藝技術(shù)相對成熟，能夠保證基本頂直覆下工作面回采工作的順利展開。

圖1 煤礦項目工作面構(gòu)成情況

但同時機械綜采模式對于環(huán)境變化的應(yīng)對能力存在一定的不足。以本文所在項目為例，在實際的開采過程中，由于基本頂直覆環(huán)境的影響，初期開采工作可以借助液壓裝置形成工作面支護(hù)，保證基本頂?shù)姆€(wěn)定狀態(tài)。但隨著開采工作的逐漸深入，由于基本頂直覆狀態(tài)，導(dǎo)致基本頂內(nèi)部老塘在開采過程中無法實現(xiàn)填充，以至于后期出現(xiàn)基本頂垮落后容易造成工作面出現(xiàn)力學(xué)失衡現(xiàn)象。液壓裝置支架本身的強度有限，無法應(yīng)對工作面基本頂垮落問題，最終釀成安全事故。因此作為十分特殊的煤礦工作面環(huán)境，基本頂直覆下的回采工作面開采工藝選擇和項目規(guī)劃，應(yīng)當(dāng)慎之又慎，充分考慮多方面變數(shù)[2]。

2.2 普采方式分析

相比于機械綜采方式，普采工作面開采工藝更加強調(diào)對于基本頂直覆狀態(tài)下的切眼位置選擇，開采單位通過重新規(guī)劃工作面構(gòu)架的方式，重新進(jìn)行開切眼，使切眼能夠有效避開基本頂直覆狀態(tài)下的應(yīng)力密集區(qū)域。切眼位置的轉(zhuǎn)變直接帶動了運輸巷道位置的調(diào)整，從而可以省去液壓機械支架的應(yīng)用，完成對于應(yīng)力密集區(qū)域的躲避。在實際的工程項目普采工藝開采當(dāng)中，項目單位還會通過利用應(yīng)力傳感器裝置，在巷道內(nèi)部的基本頂應(yīng)力變化區(qū)域進(jìn)行應(yīng)力信息采集，并通過利用終端監(jiān)控設(shè)備對傳感器所采集到的應(yīng)力分布、應(yīng)力變化信息進(jìn)行處理分析，實現(xiàn)動態(tài)掌控。對于工作面當(dāng)中存在的不定時來壓問題，終端信息分析系統(tǒng)也能夠第一時間通過應(yīng)力傳感器的數(shù)據(jù)比對方式進(jìn)行準(zhǔn)確獲知，幫助工程管理單位第一時間開展應(yīng)急預(yù)案，完成對工作面危險問題的疏浚和處理。例如采用老塘側(cè)板爆破的方式進(jìn)行基本頂放頂作業(yè)，可以有效控制應(yīng)力影響和基本頂垮落帶來的安全問題，實現(xiàn)安全生產(chǎn)。

3 項目單位采煤工藝的轉(zhuǎn)變

3.1 機械綜采工藝的問題出現(xiàn)

本文所舉煤礦項目在初期基本頂直覆工作面的回采工作中，其所選用的機械綜采工藝表現(xiàn)出了弊端。整個來壓過程除了造成了一定的經(jīng)濟(jì)損失之外，還產(chǎn)生了對于采礦人員心理狀態(tài)的影響。工作面初次來壓之后，由于機械綜采工藝施工已經(jīng)完成了大范圍的掘進(jìn)，此時基本頂來壓集中表現(xiàn)在構(gòu)造帶位置當(dāng)中，受到壓力影響，工作面內(nèi)部的基本頂出現(xiàn)老塘頂板下落現(xiàn)象，造成大部分液壓支架機構(gòu)形成壓架。受到頻繁、高強度的頂板掉落壓架，液壓裝置安全閥失效，造成大范圍的泄液問題，最終造成開采施工停止[3]。

3.2 基本頂采煤工藝方式的轉(zhuǎn)變

針對出現(xiàn)的老塘頂板垮落問題及其產(chǎn)生的深遠(yuǎn)影響，煤礦項目單位第一時間組建了應(yīng)急小組開展了工作面現(xiàn)場的處理。同時管理單位認(rèn)真反思、積極總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，提出了對于基本頂直覆工作面狀態(tài)的準(zhǔn)確判斷，并要求施工單位積極進(jìn)行綜采施工工藝的轉(zhuǎn)變，停止以往機械綜采施工策略的進(jìn)行，改用普采方式進(jìn)行工作面的重新調(diào)整。

普采工藝規(guī)范下，采煤施工單位開始重新進(jìn)行基本頂直覆的工作面調(diào)整，通過重新規(guī)劃切眼位置，使新開切眼能夠有效避開原有工作面的應(yīng)力位置，保障工作面內(nèi)的煤礦開采和運輸穩(wěn)定性。同時更換開采設(shè)備，選用新型的MG采煤機以及SGZ運輸機、裝載機，進(jìn)行基本頂直覆工作面的采煤工作，利用鉸接梁設(shè)備，實現(xiàn)工作面內(nèi)部的“一梁一柱”，采礦效率和安全性得到大幅度提高[4]。

4 結(jié)語

基本頂直覆煤礦工作面環(huán)境十分特殊，其應(yīng)力變化規(guī)律和應(yīng)力集中區(qū)域表現(xiàn)在基本頂老塘頂板位置，為采煤工藝的實現(xiàn)提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。為了能夠解決這一問題，采煤單位應(yīng)當(dāng)深入分析工作面生產(chǎn)環(huán)境，制定出相應(yīng)的采煤工藝策略，保障采煤工藝安全。