厚松散層薄基巖條件下厚煤層上分層開(kāi)采技術(shù)探析

王明濤

(焦作煤業(yè)集團(tuán)趙固(新鄉(xiāng))能源有限責(zé)任公司，河南 輝縣 453634)

0 引言

趙固一礦位于新鄉(xiāng)市西北方向，行政區(qū)域隸屬河南省輝縣市管轄。趙固井田西南以峪河斷層(F20)為界，西北以耿村斷層(F15)為界，東北以二1煤層隱伏露頭為界，南以百泉斷層(F17)為界。礦生產(chǎn)能力3.0 Mt/a，二1煤層厚度5.0～7.1 m，平均6.05 m，埋深大(多在500 m以上)，上覆松散層厚度較厚(平均480 m)，上覆基巖較薄，井田約2/3區(qū)域基巖厚度小于80 m。

礦井采用立井單水平盤區(qū)開(kāi)拓方式，在F16斷層南側(cè)工業(yè)廣場(chǎng)內(nèi)布置主、副、風(fēng)3個(gè)立井，井口標(biāo)高+83.8 m，井底標(biāo)高-525 m，井筒深616.8 m。沿F16斷層煤柱兩側(cè)作兩組傾斜煤層大巷，通過(guò)大巷直接開(kāi)掘工作面上、下順槽，實(shí)現(xiàn)全井田單翼盤區(qū)開(kāi)采。西六盤區(qū)16051工作面采用走向長(zhǎng)壁傾斜全部垮落式采煤方法、綜采工藝。

1 16051工作面分析

1.1 工作面所處位置

16051工作面屬于礦井的-525 m水平，位于礦井北翼，所屬盤區(qū)為西六盤區(qū)，開(kāi)采煤層為二1煤層，該煤層頂板標(biāo)高為-414.1～-464.4 m。對(duì)應(yīng)地面位置標(biāo)高為+84.7～+86.4 m，該工作面地表東為大麻村(保護(hù)等級(jí)為Ⅲ級(jí))、西為谷駝村(保護(hù)等級(jí)為Ⅲ級(jí))，南為趙固一礦鐵路(Ⅳ級(jí)鐵路，保護(hù)等級(jí)為Ⅳ級(jí))和高壓線路(輸電電壓為110kV，保護(hù)等級(jí)為Ⅳ級(jí))。該工作面井下位置及四鄰采掘情況為：北為F15斷層，西為16041工作面和實(shí)體煤，東為未掘進(jìn)的16061工作面，南為北翼回風(fēng)大巷(東)、北翼軌道運(yùn)輸大巷(東)、北翼膠帶運(yùn)輸大巷(東)和F16斷層。16051上、下順槽及切眼長(zhǎng)度分別為1 935.31 m、1 962.46 m、150 m。該工作面回采長(zhǎng)度為1 707.5 m，寬為145 m，平面積為247 587.5 m2。

1.2 16051工作面地質(zhì)條件

16051工作面地質(zhì)構(gòu)造較復(fù)雜，根據(jù)16041上順槽掘進(jìn)期間實(shí)際揭露地質(zhì)資料及三維地震資料顯示：預(yù)計(jì)該工作面將揭露3條斷層D201、D202和D211斷層。

16051工作面中南部存在一條背斜—B1背斜：背斜軸走向?yàn)镹WW—NNW，背斜在該工作面內(nèi)的延伸長(zhǎng)度約223 m，背斜的北翼產(chǎn)狀為58°∠2°，背斜的南翼產(chǎn)狀為171°∠4°。

無(wú)巖漿巖體、沖刷帶、陷落柱等異常地質(zhì)構(gòu)造。

頂板基巖：二1煤層向上0～4 m為泥巖；4～16 m為砂巖；16～26 m為砂質(zhì)泥巖；26～43 m為砂巖；43～46 m為鋁質(zhì)泥巖；鋁質(zhì)泥巖上覆為基巖風(fēng)化帶和第四系、新近系的松散地層。

1.3 16051工作面含水層分析

16051工作面底板含水層主要有：L8、L2和O2灰?guī)r含水層。其中，L2和O2灰?guī)r含水層距離16051工作面煤層底板較遠(yuǎn)，正常情況對(duì)16051工作面沒(méi)有影響，斷裂溝通情況下對(duì)該工作面威脅大。

16051工作面煤層頂板之上的含水層主要包括：第四系含水層；新近系中、底部砂、礫石含水層；基巖風(fēng)化帶含水層和二1煤層頂板砂巖含水層。該工作面第四系和新近系的松散地層厚度為459.30～502.70 m，平均481.0 m，中部有隔水性能良好且厚度大的黏土和砂質(zhì)黏土層，因此淺水對(duì)該工作面充水無(wú)直接影響；新近系底部絕大部分區(qū)域?yàn)楹駥羽ね翆?，局部為薄層砂礫層，為弱富水性含水層，對(duì)該工作面充水影響有限；風(fēng)化帶含水層為弱富水性，對(duì)該工作面充水影響有限；二1煤頂板砂巖含水層為弱富水性，對(duì)該工作面充水影響有限。

1.4 16051工作面其他條件

瓦斯地質(zhì)：16051工作面原始瓦斯含量為1.44～3.07 m3/t，最大瓦斯壓力為0.26 MPa，無(wú)煤與瓦斯突出危險(xiǎn)。

煤塵爆炸性及煤的自燃傾向：16051工作面的二1煤層煤塵無(wú)爆炸性，二1煤層自燃傾向性等級(jí)為Ⅲ類，屬不易自燃煤層。

地溫及地壓情況：16051工作面內(nèi)地溫正常，無(wú)熱害影響；地壓較大，無(wú)沖擊地壓。

2 16051工作面采煤技術(shù)

2.1 巷道支護(hù)

16051上、下順槽、切眼及工作面聯(lián)絡(luò)巷(含鉆場(chǎng))支護(hù)形式采用錨網(wǎng)索+槽鋼梁支護(hù)，考慮巷道收縮變形及綜采設(shè)備通過(guò)尺寸，確定16051上順槽及下順槽里段巷道規(guī)格為寬×高=5 m×3.2 m(凈斷面)，16051下順槽外段巷道規(guī)格為寬×高=5.4 m×3.2 m(凈斷面)，16051切眼規(guī)格為寬×高=7.5 m×3.2 m(凈斷面)，16051工作面聯(lián)絡(luò)巷及16051上、下順槽風(fēng)眼巷道規(guī)格為寬×高=4.5 m×3.2 m(凈斷面)。

2.2 采煤工藝

16051工作面采用走向長(zhǎng)壁采煤法，綜合機(jī)械化采煤工藝，沿煤層頂板回采。工作面采用MG400/930-WD3型采煤機(jī)破煤；SGZ800/800型刮板輸送機(jī)、SZZ800/250型轉(zhuǎn)載機(jī)、1部DSJ-100/80/2×75型帶式輸送機(jī)及1部DSJ-100/80/2×200型可伸縮帶式輸送機(jī)運(yùn)煤；77架ZF18000/21/38D型中間架、6架ZFG18000/27/40HD(A)、2架ZFG18000/27/40HD(B)型過(guò)渡架支護(hù)工作面頂板，輔以錨索槽鋼梁配支護(hù)工作面兩端頭和兩順槽超前段；全部垮落法處理采空區(qū)。

2.3 確定采高和循環(huán)進(jìn)度

《趙固礦區(qū)薄基巖下煤層開(kāi)采若干規(guī)定》防砂煤(巖)柱留設(shè)要求：在煤層頂板基巖厚度大于52 m區(qū)域可以采高不大于6.3 m；在基巖厚度42～52 m區(qū)域采高不大于4.5 m；在基巖厚度36～42 m采高不超過(guò)3.2 m；在基巖厚度30～36 m區(qū)域僅能開(kāi)采一層，且采高不大于3.0 m。根據(jù)ZF18000/21/38D型液壓支架、ZFG18000/27/40HD(A)型過(guò)渡支架、ZFG18000/27/40HD(B)過(guò)渡支架支撐高度和MG400/930-WD3型交流電牽引采煤機(jī)采高范圍、截深，確定該工作面采高為3.2 m，循環(huán)進(jìn)度為0.8 m。

3 具體采煤工藝流程

1)工藝順序：破煤—裝煤—運(yùn)煤—拉液壓架—推移刮板輸送機(jī)—架后鋪網(wǎng)。

2)進(jìn)刀方式：采煤機(jī)采取端部斜切進(jìn)刀，進(jìn)刀段長(zhǎng)度應(yīng)不小于30 m，前滾筒割頂煤，后滾筒割底煤雙向割煤，一個(gè)循環(huán)推進(jìn)度1.6 m。

3)裝煤、運(yùn)煤：采煤機(jī)破煤后，煤炭落刮板輸送機(jī)進(jìn)行運(yùn)送，人工清理架前浮煤，后經(jīng)轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)、膠帶輸送機(jī)將原煤運(yùn)出。

4)移架。①移架前，支架工必須對(duì)支架的各個(gè)部位，特別是容易出故障的部位進(jìn)行認(rèn)真仔細(xì)的檢查，檢查支架管路部件是否完好以及管線是否受擠壓，支架是否咬架、倒架，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理。②移架過(guò)程中應(yīng)密切觀察所移支架與相鄰支架的間隙，頂梁、掩護(hù)梁的錯(cuò)差，防止出現(xiàn)咬架現(xiàn)象，隨時(shí)調(diào)整支架的歪斜與偏差，防止出現(xiàn)歪架、倒架現(xiàn)象。③移架后步距與采煤機(jī)截深相等；支架方向垂直于煤壁，防止移架過(guò)程中歪斜；支架間距嚴(yán)密，不留空隙，嚴(yán)防漏矸；支架初撐力不低于24 MPa；前梁、頂梁、底座應(yīng)支平，嚴(yán)防支架低頭。

5)推移刮板輸送機(jī)：推移前，應(yīng)對(duì)本架推移位置的各個(gè)部位及管線進(jìn)行認(rèn)真全面檢查，以防止擠壞零件或電纜管線，將煤墻順直，找平底板，裝凈底煤，使輸送機(jī)達(dá)到平、直、穩(wěn)、正、牢的要求。推移時(shí)，其彎曲長(zhǎng)度10～15 m，不準(zhǔn)有急彎，移輸送機(jī)機(jī)頭和機(jī)尾時(shí)必須距采煤機(jī)后滾筒15 m，輸送機(jī)機(jī)頭機(jī)尾必須一次移夠步距。推機(jī)頭、機(jī)尾時(shí)，必須先將機(jī)頭、機(jī)尾和過(guò)渡槽處的浮煤雜物清理干凈，以防機(jī)頭、機(jī)尾飄起，損壞過(guò)渡槽。推移刮板輸送機(jī)后，應(yīng)保持刮板輸送機(jī)成直線。

6)架后鋪網(wǎng)：網(wǎng)片采用礦用塑料拉伸網(wǎng)，規(guī)格為1 500 mm×3 000 mm，鋪設(shè)方法采用人工架后鋪、聯(lián)網(wǎng)。鋪設(shè)要求為：①鋪網(wǎng)時(shí)要求將網(wǎng)鋪平鋪展。②網(wǎng)片長(zhǎng)邊對(duì)長(zhǎng)邊、短邊對(duì)短邊搭接，搭接長(zhǎng)度不小于50 mm，再用塑料假頂帶或聯(lián)網(wǎng)繩將網(wǎng)邊逐孔穿接。③工作面鋪設(shè)一趟靜壓水管，每架設(shè)置1個(gè)三通閥門，在上一趟支架拉移過(guò)后至下一趟支架拉移前對(duì)工作面老巷垮落的矸石進(jìn)行注水，平均每架注水時(shí)間不少于20 s。④初采時(shí)，工作面直接頂充分垮落后開(kāi)始第一次鋪網(wǎng)，鋪網(wǎng)兩端自上順槽西幫至下順槽西幫煤墻。

4 安全技術(shù)措施

1)工作面開(kāi)采前采用槽波、坑透等物探方法查明工作面及外圍30 m范圍的構(gòu)造發(fā)育情況；采用瞬變電磁、直流電法或音頻電透視法等物探方法查明工作面及外圍30 m范圍沖積層底部含水層的賦水情況。

2)物探結(jié)束后采用鉆探方法予以驗(yàn)證。在構(gòu)造破碎帶、基巖面起伏較大等的特殊區(qū)域內(nèi)按照基巖與沖積層交界面50 m×50 m網(wǎng)格鉆孔間距探查基巖層厚度和沖積層底部含水含砂層的賦水、賦砂情況，其他區(qū)域按照基巖與沖積層交界面100 m×100 m網(wǎng)格鉆孔間距探查；頂板探查孔控制到工作面及外圍30 m平面范圍。

3)當(dāng)工作面及外側(cè)30 m范圍內(nèi)存在構(gòu)造破碎帶時(shí)，對(duì)構(gòu)造破碎帶進(jìn)行注漿加固，鉆孔網(wǎng)格間距不大于30 m×30 m，注漿加固的垂直厚度不得小于40 m。

4)回采工作面頂板探查治理合格的標(biāo)準(zhǔn)：工作面頂板探查鉆孔的涌水量小于1 m3/h或疏放、注漿后檢查孔的涌水量小于1 m3/h；工作面頂板探查鉆孔無(wú)流砂或注漿固砂后的檢查孔無(wú)流砂；構(gòu)造破碎帶及頂板注漿加固須采用純水泥漿或水泥水玻璃雙液漿，注漿結(jié)束終壓須大于受注含水層靜水壓力2 MPa，注漿結(jié)束前的注漿泵量不得大于60 L/min。

5 效果分析

趙固一礦是焦煤集團(tuán)乃至河南能源集團(tuán)的主力生產(chǎn)礦井，其安全高效開(kāi)采關(guān)系到國(guó)家能源保障、企業(yè)盈虧、職工收入等重大社會(huì)問(wèn)題。16051工作面是典型的厚松散層薄基巖下開(kāi)采，產(chǎn)量達(dá)到14萬(wàn)t，利潤(rùn)120元/t，工作面順利回采完畢。該工作面的安全回采，為厚松散層薄基巖條件下安全回采提供了方案，為綜采工藝積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。該技術(shù)可解放薄基巖下壓煤量，提高礦井資源回收率，延長(zhǎng)礦井服務(wù)年限，進(jìn)一步提升薄基巖下安全開(kāi)采技術(shù)水平，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。