特厚煤層綜放工作面合理參數確定

秦慶舉，王之永，朱啟杰，劉 剛

特厚煤層綜放工作面合理參數確定

秦慶舉，王之永，朱啟杰，劉 剛

(陜西金源招賢礦業有限公司，陜西 寶雞市 721500)

根據國內超長綜放工作面開采現狀，從工作面通風、瓦斯、自燃發火、頂板離層水及沖擊地壓等安全角度對某礦井超長綜放工作面的可行性進行分析，在不改變工作面裝備設備能力的前提下，對工作面參數進行優化，不僅增加了工作面可采儲量，而且減少了復雜的聯巷設置、準備工程量以及工作面安裝、拆除次數。工作面優化后，多回收煤炭資源365.5萬t，效益增加135689萬元，產生了極為顯著的經濟效益。

特厚煤層;綜放工作面;裝備水平;參數優化

近年來，隨著采礦裝備技術水平的提高、各地煤礦升級改造以及采掘接替等問題的提出，加長工作面已成為礦井高產高效集中生產的主要技術方向之一。工作面加長，不僅能提高工作面單產、方便巷道布置、簡化生產系統、有利于礦井高度集中生產，而且能有效降低成本，提高資源回收率；但工作面長度增加后，工作面覆巖的破壞與運動規律將發生改變，間接表現為工作面礦壓顯現規律不同[1?2]，進而導致工作面管理難度加大，推進度下降，反而不利于穩產高產。超長綜放工作面回采主要受工作面煤層賦存條件、配套設備的裝備水平、通風安全及其他地質災害等條件的制約。

因此，合理確定工作面長度對于安全高效回采至關重要。

1 礦井首采區概況及地質特征

某礦井設計生產能力為2.40 Mt/a，首采面為1307綜采放頂煤工作面。井下主運輸采用帶式輸送機運輸，井下輔助運輸系統采用防爆柴油機車+單軌吊接力運輸方式，通風采用中央并列抽出式。設計可采煤層采用單一走向長壁后退式采煤方法，全部垮落法管理頂板。

礦井首采區賦存有2煤和3煤，其中2煤賦存面積較小，且勘探程度較低，為局部可計量不可采煤層。3煤厚度0.8～24.3 m，平均14.8 m，結構簡單，平均夾矸厚度0.73 m，局部含夾矸0～5層，單層夾矸厚0.20～1.45 m，一般小于0.5 m。夾矸巖性為炭質泥巖、泥巖及泥質粉砂巖。首采區內3煤開采厚度0.80～25.75 m，平均15.5 m，煤層傾角0°～27°。3煤層有麥里溝向斜、四郎溝向斜，兩向斜軸部向西南傾伏。向斜走向NEE，北翼煤層傾角較陡，約為14°～17°，南翼煤層傾角較緩，約為4°～11°。據三維地震資料，區內共發現斷層21條，大于50 m的斷層2條，落差20～50 m的斷層2條，落差10～20 m的斷層11條，落差5～10 m的斷層6條，以上斷層全部為正斷層。

2 存在問題分析

首采區工作面及區段煤柱原設計參數以“小”為特色，即小工作面、小區段煤柱，如圖1所示。首采區東翼布置4個工作面，自上而下分別為1301，1303，1305，1307；西翼布置4個工作面，自上而下分別為1302，1304，1306，1308。工作面傾向長度155 m左右，區段煤柱寬度8 m。根據礦井建設與生產規劃，首采區兩翼跳采，首采面1307（東翼）→1304（西翼）→1305（東翼）→1302（西翼）→1303（東翼）。首采區工作面原設計面長155 m，較為保守，且工作面單產低，巷道布置復雜，工作面拆除、安裝頻繁，生產接續緊張，經濟成本高。因此，工作面原設計長度不能滿足生產需求，需對工作面參數進行研究。

3 工作面合理參數研究

超長綜放工作面回采主要受工作面煤層賦存條件、配套設備的裝備水平、通風安全及其他地質災害等條件的制約，因此本文基于以上幾個角度對超長綜放工作面的可行性展開分析。

3.1 超長綜放工作面裝備水平可行性分析

根據國內超長綜放工作面開采現狀（見表1），參照臨近郭家河煤礦、崔木煤礦設備配置情況，按照2.40 Mt/a設計產能，同時結合地質條件等具體情況，該礦選取的綜放設備型號為：基本架（ZF16000/21/38），過渡架（ZFG16000/26/38），采煤機（MG650/1510-WD），前后部運輸機（SGZ1000/2×855），轉載機（SZZ1200/525），破碎機（PCM400），工作面裝備設備能力滿足超長工作面布置。

圖1 首采區工作面原布置方案

表1 國內超長綜放工作面設備應用現狀

3.2 超長綜放工作面安全性分析評價

基于工作面通風、瓦斯、自燃發火、頂板離層水及沖擊地壓等安全角度對超長綜放工作面的可行性進行分析。

3.2.1 超長綜放工作面通風分析

礦井通風方式為中央并列式，機械抽出式通風。主斜井和副立井進風，回風立井回風。主要通風機目前負壓為1390 Pa，礦井回風量為6840 m3/min。根據礦井主要通風機的性能測試報告，礦井通風設備及系統滿足超長綜放工作面回采通風要求。

3.2.2 超長綜放工作面瓦斯防治分析

為保證超長工作面正常回采，借鑒國內高瓦斯綜放工作面瓦斯治理經驗，結合礦井現有的瓦斯治理成熟技術，采用“瓦斯預抽+通風優化+監測監控”相結合的瓦斯綜合治理措施，具體措施如下：

（1）在超長綜放工作面煤層中采用采前預抽、邊采邊抽等瓦斯抽采措施，同時回采期間采用高抽巷及抽采管路抽采采空區瓦斯，能夠有效降低回采期間工作面瓦斯濃度，保證瓦斯治理取得良好 成效。

（2）采用回風隅角埋管抽放降低回風隅角瓦斯濃度。工作面回采前在回風隅角預埋抽采管路，管口位于采空區一側，與地面抽采泵站相連。回風隅角瓦斯濃度增大時，對回風隅角進行抽采，確保回風隅角瓦斯濃度符合規定。

（3）優化通風系統，巷道設計、施工時增加通風斷面，回采時保證配風量滿足回采需求。

（4）按照《煤礦安全規程》及AQ標準安裝瓦斯傳感器，與監控分站相連，實現工作面及有關電氣設備的瓦斯電閉鎖。

3.2.3 超長綜放工作面自然發火防治分析

根據中煤科工集團重慶研究院有限公司鑒定結論：3煤層為I類容易自燃煤層，自然發火期最短為27 d，采取綜合防滅火措施，建立了灌漿防滅火系統、氮氣防滅火系統和束管監測系統。工作面回采期間采取進回風隅角垛袋、噴灑瑞克羅尼，加強人工監測等措施，保證了現有工作面正常回采。根據現有經驗及條件，在一定回采速度以及防滅火技術措施的基礎上，可以保證3煤層超長綜放工作面的正常回采。

3.2.4 超長綜放工作面頂板離層水防治分析

礦井首采區直接充水含水層為延安組煤層及其頂板砂巖裂隙含水層、直羅組砂巖裂隙含水層及侏羅系中統宜君組、洛河組砂礫巖含水層，充水方式為頂板進水，離層水。在工作面回采期間，充水性水源主要為侏羅系中統宜君組、洛河組砂礫巖含水層。

為防止工作面回采期間頂板離層水害潰入工作面，造成壓架及水災事故，在地面施工直通式導流泄水孔，確保地面直通式導流泄水孔影響范圍覆蓋整個工作面，使離層水由瞬間大量涌水改為不間斷小流量涌水，達到對離層空間積水疏放的目的，不會因離層水造成影響安全生產的情況發生，保證工作面安全回采。同時工作面嚴格按設計要求完善排水系統，保證排水系統暢通。

3.2.5 超長綜放工作面沖擊地壓防治分析

針對煤層本身的應力集中和采空區側的頂板懸頂情況，掘進期間采用大孔徑鉆孔卸壓和頂板深孔爆破等方法進行處理，可減小發生沖擊地壓的危險[3]。回采期間，采用KJ959微震系統、KJ550—2應力在線監測系統、鉆屑法對構造加強探查與監測。當監測有沖擊危險時，及時采用大直徑鉆孔進行卸壓，卸壓參數參照強沖擊危險區域參數施工，當采用大直徑鉆孔卸壓效果不明顯時，再對煤層實施爆破卸壓，流程如圖2所示。

圖2 綜合監測解危體系流程

4 參數優化前后對比分析

（1）原設計方案工作面儲量280~400萬t，優化后工作面儲量420~600萬t。增加了工作面可采儲量，延長了工作面服務時間，緩解了生產接續緊張局面。

（2）經濟效益。首采區東翼少布置1個工作面，少掘進巷道5920 m，工作面少安裝、拆除各1次。節約資金約7764萬。首采區西翼1302工作面采用“刀把”形布置，多回收煤炭資源320.3萬t，經濟效益112105萬元；1308工作面“調斜”形布置，多回收煤炭資源45.2萬t，經濟效益15820萬元。

（3）安全效益。巷道掘進施工及工作面安裝、拆除均需施工組織，過程控制及安全管理均存在一定風險，少布置一個工作面，給企業帶來極大的安全效益。

工作面參數優化后也存在以下缺點：

（1）1302工作面上順槽靠近3煤邊界，煤厚不確定，對將來回采帶來一定風險；

（2）1302工作面“刀把”形及1308“調斜”形不規則布置，易造成局部多倍甚至十幾倍的應力集中，不利于沖擊地壓防治。

5 結 論

本文從開采技術到裝備水平到通風、瓦斯、自然發火、頂板離層水害及沖擊地壓等安全因素的評價，對超長綜放工作面可行性進行了分析，得到以下結論。

（1）目前開采技術及礦井裝備水平完全可以滿足超長綜放工作面回采要求。

（2）保證超長工作面通風量；嚴格執行瓦斯檢測及抽采，制定高瓦斯礦井管理措施；采取相應的防滅火、防治水及防治沖擊地壓措施，可以保障3號煤層超長綜放工作面的安全回采。

（3）首采區東翼南部以1307工作面風巷煤柱為界，北部以DF7斷層保護煤柱線為界，由原來4個工作面調整為3個工作面，自上而下分別為1303，1305，1307，其中1303和1305工作面面長210 m。

（4）3號煤邊界線上移，將1302工作面上移，采用“刀把”形布置，以保證上部煤炭資源回收；1304和1306工作面則由原來的155 m長增加到195 m；將1308工作面“調斜”形布置，既避開了3煤下部邊界外無煤區，又進一步加長了工作面，面長由155 m增加到180 m。

[1] 曹勝根,繆協興.超長綜放工作面采場礦山壓力控制[J].煤炭學報,2001,26(6):621-625.

[2] 繆協興,錢鳴高.超長綜放工作面覆巖關鍵層破斷特征及對采場礦壓的影響[J].巖石力學與工程學報,2003,22(1):45-47.

[3] 秦子涵.寬煤柱條件下沿空巷道沖擊地壓防治技術研究[J].煤炭工程,2016,48(44):76-79.

(2019-04-01)

秦慶舉(1986—)，男，安徽碭山人，碩士研究生，工程師，從事生產技術管理工作，Email: qqj521@163.com。