同忻煤礦開采技術條件與采掘工藝研究

岳 勃

（同煤國電同忻煤礦有限公司，山西 大同 037001）

同忻煤礦2207 巷位于二盤區中部，北部為西8101 工作面，已采空；南部為二盤區盤區大巷；西部為實煤區；東部為二盤區8207 頂抽巷、5207 巷；上覆為同家梁礦及永定莊礦侏羅系各可采煤層采空區。2207 巷道布置在3～5#煤層中，從二盤區皮帶巷幫起算煤層厚度約22.0 m，至1400 m 處煤厚逐漸變薄為14.0 m 左右，之后至切眼位置煤層厚度逐漸增厚為22.0 m，煤層賦存較穩定。由于2207 綜采面所處區域四周采空區分布范圍廣，造成在綜采作業時該綜采面巷道頂板和圍巖的穩定性差，在進行掘進和支護時均需要進行大量的補強支護，不僅極大地提升了井下巷道的支護成本，而且也嚴重拖累了井下采掘效率的提升。

在對2207 巷開采技術條件進行調查的基礎上，提出了一種新的采掘工藝技術，采用全新的自移式臨時支護方案，有效地提升了掘進效率、支護效率和安全性。目前該方案已經在同忻煤礦得到了廣泛的應用，取得了極好的應用效果。

1 開采技術條件

2207 巷從二盤區皮帶巷幫起算往前1400 m 左右將遇一落差5.0 m、傾角89°的正斷層。巷道的頂板為含礫粗砂巖，巖層厚度為14 m，抗壓強度約為35.07 MPa，抗拉強度約為1.49 MPa。巷道的直接頂為砂質泥巖和灰質泥巖混合體，厚度約為1.3 m，巖層抗壓強度約為44.79 MPa，抗拉強度約為2.39 MPa；巷道的基本底為高嶺質泥巖，厚度為3.98 m；直接底為砂質泥巖，厚度為1.64 m。該巷道內煤層平均厚度約為20.12 m，巷道內煤層的傾角約為2°，瓦斯的相對涌出量約為0.5～2.5 m3/min，粉塵爆炸指數約為50.67%。綜合2207 巷井下實際地質條件，該巷道為典型的復雜開采工況，需根據井下實際情況針對性地提供開采技術條件。

針對巷道頂板和底板巖層分布結構相對簡單、巷道結構穩定性差的情況，現有的串聯式一次爆破方案易導致連續性垮塌，影響后續的清理效率和安全性，提出了串并聯順序炮掘工藝方案，實現了脆弱、復雜地形條件下的穩定爆破。針對傳統連續補強支護效率低、支護成本高的缺陷，在多次試驗驗證的基礎上提出了自移式臨時支護方案，滿足了特殊地形條件下快速、安全支護的需求。

2 串并聯順序炮掘工藝

針對2207 巷井下特殊情況，提出了串并聯順序炮掘工藝方案[1]，其工藝流程為：安全檢查→打眼→裝藥→聯線→放炮→通風防塵→臨時支護→頂板永久支護→出渣→幫部永久支護。

鑿巖采用YT-28 型風動鑿巖機，六棱中空鋼鉆桿（鉆桿Φ25 mm），配“一字型”合金鋼鉆頭鉆進（鉆頭Φ42 mm），可滿足不同地質條件下的鉆進穩定性需求。炮眼的布置順序及裝藥量見表1。

表1 炮眼布置順序及裝藥量統計表

爆破裝藥結構如圖1[2]。

圖1 炮眼裝藥結構示意圖

在掘進作業過程中采用濕式打眼、水炮泥定炮、爆破前后沖刷巷幫、爆破時開放水幕的防塵方案，降低在鉆孔、爆破過程中的粉塵濃度。鉆進有水時要使用防水套，以免受潮拒爆。

巷道爆破采取分次裝藥、分次起爆的爆破作業方法。裝藥結構采用正向連續柱狀裝藥，裝藥時要小心將藥卷用炮棍送到眼底，不得裝錯雷管段號，不得弄斷雷管腳線。在爆破時，采用煤礦許用三級粉狀乳化炸藥，1-5 段毫秒延期雷管，MFB200 型礦用發爆器起爆，雙銅芯膠質放炮母線，展開長度不小于100 m。該炮掘工藝方案具有掘進速度快、爆破效果好的優點，一次爆破合格率達到了87.6%，比優化前提升了4.6%。

3 自動臨時支護

為了確保2207 巷特殊地質條件下的支護穩定性，提出了自移式臨時支護設備，在確保支護安全的情況下大幅提升了臨時支護效率和自動化程度。該自移式臨時支護設備整體結構如圖2 所示。

圖2 2207 巷井自移式臨時支護設備結構示意圖

由圖2 可知，該自移式臨時支護設備主要由兩種類別的支架及側幫支護結構和頂梁構成。兩種支架彼此配合使用，能夠根據井下綜采面的實際情況靈活地調整支護體的結構，滿足支護便捷性和可靠性的需求。臨時支護結構呈下扣的“凹”型，中間的空間供作業人員進行井下通過或者物料運輸。支架均由高度可調節的支撐油缸構成，能夠根據井下的實際情況靈活地調整支護高度。頂梁采用了“X”型支護結構，能夠根據支護裝置的布局靈活地調整頂板支護面積，確保支護的可靠性。

該自移式臨時支護設備能夠根據井下綜采作業的進度同步進行作業，不僅實現了同步支護，而且能夠極大地提升井下支護效率。根據2207 巷的實際應用表明，采用新的自動支護方案后，支護效率比優化前提升了17.2%，支護成本比優化前降低了27.6%。永久支護結構如圖2。

根據2207 巷優化前后的掘進效果對比，優化后采掘工藝方案能夠將采掘效率提升14.1%以上且巷道穩定性得到了顯著的提升，目前已經在同忻礦得到了廣泛的應用。

4 結論

針對同忻礦井下煤炭采掘效率低下、經濟性差的情況，在對井下開采技術條件進行充分分析的基礎上，提出了一種新的采掘工藝技術，采用了全新的炮掘工藝流程及自移式臨時支護方案，根據在同忻煤礦的實際應用表明：

（1）串并聯順序炮掘工藝方案具有爆破速度快、爆破效果好的優點，一次爆破合格率達到了87.6%，比優化前提升了4.6%。

（2）自移式臨時支護方案能夠有效地解決傳統補強支護效率低、支護成本高的問題，支護效率比優化前提升了17.2%，支護成本比優化前降低了27.6%。

（3）優化后采掘工藝方案能夠將采掘效率提升14.1%以上且巷道穩定性得到了顯著的提升，具有極大的應用推廣價值。