瑞隆礦8102 綜放工作面遇風氧化帶多次對接開采技術研究

關佳林

（山西冀中能源集團礦業有限責任公司，山西 太原 030000）

0 引 言

我國中西部黃土丘陵礦區地形復雜，沖溝發育，煤巖系形成后,在地殼運動的影響下發生變形，受到各種地表應力的沖刷剝蝕，出露于地表或埋藏在地表淺處的煤、巖層,在大氣、水、熱、生物等的作用下遭受不同程度的風化及氧化過程,其物理、化學和工藝性能發生一系列變化后，形成了煤、巖層風化帶[1-2]。進入風化帶后，煤層頂板完整性變差，頂板巖層硬度及強度明顯降低，頂板淋水加大，頂板破碎易發生離層，錨桿、錨索支護失效，架棚出現較大變形量，從而造成掘進工作面發生局部冒頂事故。過風化帶期間，回采工作面由于支架上方頂板松軟、破碎、離層，容易引起支架與煤壁之間的頂板大面積冒落，進而引起支架頂空，支架失穩、倒架[3]。

瑞隆礦8102 工作面在采掘過程中遇到風化帶，風化帶頂板的巖性、煤層特征均發生明顯變化對采掘安全生產造成一定影響和制約，通過開展鄰近風氧化帶工作面多次對接關鍵技術研究，對實現綜放工作面安全高效開采具有重大現實意義。

1 試驗工作面概況

井田內含煤地層主要為太原組和山西組，可采煤層為5、8+10 號共2 層。8+10 號位于太原組中部，上距5 號煤層51.01 ~53.63 m，煤層厚8.5 ~ 10 m，平均厚9.5 m。直接頂為K2 灰巖，底板為泥巖，含1~2 層夾矸，結構簡單，井田內賦存區穩定可采煤層。

圖1 8102 工作面位置示意圖

8102 工作面位于8+10 號煤層西部，鄰近向斜西翼風氧化帶，煤層頂板完整性較差，煤的硬度及強度明顯降低，工作面走向長537 m，傾斜長55 ~116 m，斜面積40 870 m2，可采儲量42.9 萬t。掘進過程中迎頭煤質變差，工作面煤層厚度變薄，平均為6.5 m，發生風氧化現象，選擇頂板較好位置，施工外切眼34 m，然后施工中段回風順槽101 m，煤層受風氧化后煤質變差，施工中切眼30 m，然后施工里段回風順槽，同時掘進運輸順槽，根據里段回風順槽煤厚、煤質情況，確定里切眼位置，工作面成功布置，見圖1。

2 鄰風氧化帶多次對接綜放開采關鍵技術

2.1 鄰風氧化帶掘進地層探測及探放水技術

原設計8102 回風順槽延伸至到北部風氧化帶邊界，回風順槽設計長度460 m，當掘進到145 m 遇到斷層，通過鉆探探測技術證實進入風氧化帶邊界，迎頭煤質變差，工作面煤層厚度變薄，選擇頂板較好位置，施工外切眼。8102 回風順槽迎頭探測北部煤層賦存情況，鉆探位置在8102 回風順槽迎頭，先后施工8個鉆孔，累計孔深539 m。具體探測鉆孔布置及成果見圖2。

圖2 探測鉆孔布置及成果圖

2.2 鄰風氧化帶掘進巷道支護參數優化

8102 掘進巷道沿煤層底板托頂煤掘進，針對瑞隆礦風氧化帶劣化灰巖頂板厚煤層綜放巷道支護及參數優化問題，通過巖石物理力學實驗、現場礦壓監測、理論分析、相似材料模擬、數值模擬等方法，研究不同回采強度作用下腐蝕損傷型灰巖破裂機理；分析厚煤層回采巷道圍巖變形破壞規律，探索出適合復雜地質條件厚煤層回采巷道圍巖控制技術，為瑞隆礦厚煤層回采巷道圍巖有效控制及安全生產提供了科學依據和技術保障。

2.3 鄰風氧化帶大斷面切眼擴幫支護技術

瑞隆礦回采巷道掘進斷面為4.2 m×2.8 m,工作面切眼需要擴幫成8 m×2.8 m，才能安裝支架。以往采用邊擴幫邊安裝方法，支架就位效率低，從2019年開始，瑞隆礦開始采用大斷面切眼一次性擴幫成型技術，支護頂板采用錨桿+W 鋼帶+錨索+金屬網聯合支護，沿巷道縱向打3 排點柱，點柱間距1 m，實踐證明支護效果良好。

2.4 多段切眼支架高效率運輸與快速安裝技術

對接工作面支架安裝通過運輸順槽將支架運輸到里切眼，確定支架安裝位置，并精確安裝，外切眼通過回風順槽運輸支架，在外邊切眼精確測量對接支架安裝位置，就位支架，精確安裝，進行對接準備。對接前，調整支架位置實現精準無縫對接，多個切眼依次安裝對接，進而完成回采任務。如圖3 所示。

圖3 多段切眼對接布置圖

2.5 綜放工作面多次大傾角對接技術

8102 工作面鄰風氧化帶掘進，為實現煤炭資源最大程度回收需要進行多次對接，工作面對接成功需要注意事項：對接前，保持對接場所及其附近的支護完好，確保頂板完整；準確判斷、精確測量地質構造或其他因素所造成影響的區域范圍，對接切眼和聯絡巷最佳方位和距離，保證聯巷和上下順槽的平行度；對接切眼內預先擺放支架位置端正、間距合適和對接時的準確定位是對接成敗的關鍵；對接前，應當提取將延長輸送機所需的溜槽、擋板、刮板、刮板鏈等設備運至距對接切眼最近處。

3 施工安全技術措施

3.1 采掘過風氧化帶安全技術措施

采掘活動要前地質探查，通過鉆探等技術手段及時探明掘進前方及工作面內部基巖厚度，必須保證一定的巖柱厚度，當頂板出現變化，經確認進入風氧化帶，但錨桿錨固力、錨索張緊力尚能達到《作業規程》要求值時，必須在原支護基礎上，進行錨、網、索配合鋼筋梁或“W”鋼帶支護頂板，并縮小間排距，增加支護強度和支護密度。

3.2 重型支架防倒防滑安全技術措施

8102 中切眼傾角達30°，為防止重型支架在回采過程中傾倒，需提前制定安全措施，工作面機頭、機尾過渡架加防滑千斤頂，頂板破碎段采取超前預注漿加固煤壁，防止煤壁片幫、架間漏頂，保證煤壁完整性。

3.3 綜放工作面調采、調架安全技術措施

因工作面傾角較大，工作面對接前要及時調支架，調架時采用2～3 根單體支柱配合使用，注液槍用鐵絲綁牢，遠方操作，緩慢送液，使支架均勻受力，將支架扶正。調架時，先降立柱，使支架少量降架，然后再支好調架單體、稍微加壓使支架往上或往下靠，然后邊拉支架、邊供液，從而達到較好的對接效果。

4 應用效果及效益分析

4.1 應用效果

8102 工作面回風順槽鄰近風氧化帶，布置成折線狀，形成里、中、外3 個切眼，多個切眼依次對接，對接區段傾角最大為30°，工作面實現了大傾角精準對接，最終工作面推進到預定停采線位置，實現綜放工作面安全高效開采。

4.2 經濟效益

8102 工作面回風順槽鄰近風氧化帶布置，設計成折線狀，形成里、中、外3 個切眼，工作面走向長537 m，傾斜長55~116 m，斜面積40 870 m2，可采儲量 42.9 萬t。8102 工作面回采原煤42.9 萬t，按40%精煤回收率，計算精煤產量17.16 萬t，按10%中煤回收率計算中煤產量4.29 萬t，按照精煤售價860.78元/t , 中煤售價每噸126.24 元，計算銷售收入15 312.55 萬元。按原煤完全成本269.1 元/t，計算回采42.9 萬t，原煤成本11 544.39 萬元, 可增加效益3 768.16 萬元。

5 結 論

1）鄰風氧化帶巷道支護參數優化，調整支護參數，保證了安全。大斷面切眼支護參數優化，調整錨桿、錨索布置，配合單體加π 型梁，保證支護安全。

2）多段切眼支架高效率運輸與快速安裝，優化支架運輸路線，提高了工作效率。

3）多次精準及大傾角對接技術，完成2 次工作面對接，中切眼傾角最大30°，實現了大傾角精準對接。該技術的實施，為瑞隆礦積累了寶貴的技術經驗和實踐經驗，為鄰風氧化帶煤開采提供了新的途徑，創造了可觀的經濟效益，延長了礦井服務年限。