综放工作面过风氧化带关键技术研究

高志超，李　霞

（1．中煤平朔集团有限公司井工三矿，山西　朔州　036006；2．中煤平朔集团有限公司井工二矿，山西　朔州　036006）

综放工作面过风氧化带关键技术研究

高志超1，李霞2

（1．中煤平朔集团有限公司井工三矿，山西朔州036006；2．中煤平朔集团有限公司井工二矿，山西朔州036006）

摘要井工三矿由于其地质条件的特殊性，以后将长期在风氧化带条件下施工，为了研究工作面过风氧化带的施工工艺，总结出了加强顶板管理及风氧化煤与正常原煤动态分采分运系统相互结合的过综放工作面风氧化带技术，为该矿综放工作面安全过风氧化带奠定了基础，具有较强的指导和推广价值。

关键词综放工作面；风氧化带；技术研究

风氧化煤层距离新地层的底部含水层较近，煤层顶板岩层受沉积作用引起裂隙发育、孔隙率高且强度衰减快、承载能力与自稳性能较差，顶板控制较难。开采过程中，导水裂隙带会沟通上部含水层，引起突水溃砂事故，对煤矿的安全高效开采带来不利影响。

鉴于风氧化煤埋藏较浅、可控程度较高、开采成本低等优点。随着人们对风氧化煤岩层物理和化学属性的了解，加上矿井装备和技术水平的提高，已经有部分资源衰老矿井对风氧化煤进行了局部的尝试性的开采，效益良好，但是对风氧化煤开采的关键技术和理论认识还不完全，发生过一些重大事故。

风氧化煤开采面临的三大突出问题［1－5］：节理裂隙发育和软弱顶板的管理和控制技术；受采动影响的上覆岩层的变形规律；上覆岩层的水文条件和含水层的渗透性能。

1　井工三矿风氧化概况

由于平朔井工三矿的煤层赋存较浅，大面积的煤层被风氧化。井工三矿在回采已经结束的39101、39103、39104工作面均发现了大面积风氧化区，其中39104工作面存在规格为200×100 m2的风氧化区；目前正在回采的39107工作面已发现了3处风氧化区，规格分别为126×210 m2、102×71 m2、38×58 m2；经过地面钻探39108工作面发现2处风氧化区，规格分别为362×294 m2和81×78 m2；39109工作面存在2处风氧化区，规格分别为296×148 m2和109×59 m2；39110工作面在走向850 m处发现风氧化区。

风氧化作用会造成煤岩层裂隙发育、岩体孔隙率增加，使得风氧化煤岩导水能力大大提高。当采掘空间与导水风氧化煤岩连通时，顶板砂岩水会通过风氧化带导水通道进入采掘空间，见图1。

图1　风氧化带导通顶板水示意图

造成透水事故。顶板岩层受风氧化作用后，原生裂隙进一步发育，使得顶板整体性差，破碎程度增加，部分区域甚至遇水呈泥糊状，见图2。风氧化带严重影响了采掘工作面顶板管理、煤质管理和安全生产工作，对矿井正常的采掘活动极为不利。井工三矿正处于开采初期，还将长时间面临风氧化带问题的困扰。

图2　风氧化遇水泥化顶板示意图

平朔井工三矿在建设过程中，积极采用煤层巷道锚杆支护技术，但随着煤巷掘进范围的不断扩大和锚杆支护技术应用的不断深入，相关的一些针对性地质和技术问题也越发明显。现场实践表明，井工三矿煤巷围岩的水文和地质条件复杂，尤其是特大断面厚层软弱破碎顶板煤巷的矿山压力及其控制具有挑战性，其主要难点表现在：1）巷道断面超大。2）软弱破碎的煤体和泥岩组成煤巷顶板，厚度大、结构复杂，层理和构造裂隙极为发育，上位泥岩层含水且与上覆含水层相邻，顶板自身不易形成稳定的支护结构。3）巷道两帮节理裂隙发育，断面较大会引起片帮现象加重。传统的支护方式难以保证综放面安全高效过风氧化带。

2　综放工作面过风氧化带技术

2．1工作面条件

1）概况。

39101工作面位于井工三矿首采区的西面，北靠煤层露头，南临9＃煤辅运大巷，西靠井田边界，东与39102工作面相接。工作面设计走向长为1 573 m，倾斜宽240 m。9煤层全区发育，厚度为8．95～12．45／10．895 m，煤层倾角－5．5°～＋5°／3．5°。工作面煤层底板标高为1 212～1 281 m，地面标高为1 373～1 403 m。地表为黄土山坡，沟谷发育，大部分地表被森林覆盖。

2）煤层及顶底板岩性特征。

9＃煤层位于太原组中下部，煤层发育稳定，结构复杂，一般为3～5层夹矸，夹矸岩性多为泥岩，局部为透镜状粗砂岩。9煤层伪顶为炭质泥岩，厚0～0．6 m，，直接顶为泥岩或砂质泥岩，厚2．2～6．41 m，老顶为中粗砂岩，厚20．36～23．10 m，直接底为泥岩或砂质泥岩，厚为0～5．75m，老底为中粗砂岩，厚为0．52～3．6 m。

3）地质构造。

39101工作面为一单斜构造，南高北低。断裂构造较为简单，小断层发育，勘探资料表明，区内没有落差大于4 m的断层发育，但受区域构造应力影响，煤层及其顶底板砂岩裂隙发育。

2．2风氧化情况

根据物探资料表明，39101工作面由于煤层埋藏浅，上部4＃煤层已完全氧化，9＃煤层在地表沟谷发育处，局部或全部风氧化。风氧化煤的存在，给39101工作面安全生产造成了极大影响，尤其是风氧化煤与顶板含水层中的水结合，极易形成冒顶和突水事故，并伴随泥石流灾害发生。在施工39101工作面主运巷、辅运巷、回风巷时都遇到此类事故。

39101工作面6月底进入风氧化带影响区，该风氧化带距离停采线650 m，自机尾向机头方向延伸，预计沿工作面走向影响范围185 m，倾向影响范围0～175 m，风氧化带煤层结构松散，遇水成泥糊状，分布不均，影响范围变化较大。

2．3综放工作面过风氧化带技术应用

为了防止39101工作面冒顶和突水事故的发生，在保证煤质的前提下最大程度提高正常原煤产量，保证工作面安全高效通过风氧化带，特制定实施了两方面措施如下：

2．3．1综放工作面过风氧化带应加强顶板控制

1）顶板破碎时，移架实行追机作业。顶梁伸出后要达到不小于24 MPa的初撑力，以有效支护顶板。支架前梁要及时伸出，迅速将顶板接实，防止顶板漏冒事件的发生。保证支架稳定、打结严实，禁止咬架、错架现象的出现。

2）工作面上下端头处不放煤，支架尾梁和插板相关的阀组要锁紧，保证端头顶煤结构的稳定，利于端头顶板控制。

3）根据支架围岩理论，工作面要严格控制好采高和层位，始终沿煤层底板掘进，保证支架底座与顶底板接实。

4）超前支护和端头支护因各种原因需进行重新打单体支柱或架棚时，应采取先打后回的方法。楔子要打牢，跨溜子的双楔棚要牢固可靠，不要过早拆除。

5）工作面回采期间上端头3台端头支架、下端头3台支架必须铺金属网，网的压茬不小于100 mm，每隔200 mm用14＃铁丝双股拧好，金属网要铺平，拉紧上下巷的顶网并联好。铺联网要在前部刮板输送机的支架侧操作，严禁站在刮板输送机里和电缆槽上。每次铺联网要留有足够的余量，以便于下次铺联，铺联好的网要吊挂在支架顶梁上，避免被采煤机滚筒割到。

6）主运、回风巷因顶板破碎局部冒落出现网兜时，需要将网兜中的碎矸放掉并将网兜重新联好。巷道顶板掉顶、片帮严重时需重新补打锚杆。出现变形或开裂严重等矿压显现时，应重新编制措施进行整改。

7）回采过程中，两巷的锚杆、锚索托盘要及时拆卸，以保证采空区的顶板能及时冒落。

8）回风、主运巷及出口和端头支护的双楔梁和铰接顶梁要铰接使用，不同型号规格的顶梁以及铰接顶梁和双楔梁不得混用。

2．3．2动态分采分运系统

由于受风氧化带影响范围内的煤质差，进入选煤厂后对洗选设备影响较大，因此风氧化煤不能洗选。为保证煤质，最大程度提高正常原煤产量，可将工作面割煤、放煤与运煤系统有机结合，实现风氧化煤与正常原煤的动态分采分运。

风氧化煤与正常原煤的动态分采分运系统是指运煤系统随出煤煤质的变化而变化。当工作面主采正常原煤时，运煤系统将煤运至正常原煤煤仓；工作面主采风氧化煤时，运煤系统将煤运至风氧化煤仓。两套运煤系统线路一致，只是在落地处设置不同的出煤口，将煤落至不同的煤仓。两套运煤系统启动时，应协调掘进面出煤对系统的影响，防止出现风氧化煤与正常原煤掺混。

若工作面内顶煤上部存在大范围稳定的风氧化煤，风氧化煤与正常原煤比重相当，且煤层具有明显的风氧化煤与正常原煤分界面时，可采用多轮循环放煤配合运煤系统进行分采分运。首先第一轮将下部正常原煤放出，放煤口出现风氧化煤即关，此时运煤系统为正常原煤运煤系统；第二轮放煤前将运煤系统调整为风氧化煤运煤系统，然后将上部风氧化煤放出。

2．4应用结果及技术经济效益分析

采用综放面过风氧化带关键技术以后，39101工作面安全高效的通过了风氧化带，未出现冒顶和涌水事故，同时提高了煤质，保证了运往洗煤厂的煤全部正常洗选，与以往同条件工作面回采相比，月产量提高20万t，多回收11万t正常煤。39101工作面的成功事例对今后类似条件下工作面的回采具有重要的参考价值。

3　结　论

通过井工三矿工作面过风氧化带的现场成功试验，证明了加强顶板管理及风氧化煤与正常原煤动态分采分运系统相互结合的过综放工作面风氧化带技术的安全性、可行性，为该矿提供了一整套综放工作面过风氧化带的关键技术，具有较强的指导和推广价值。

参考文献

［1］安徽理工大学．淮南潘谢矿区缩小防水煤柱开采的试验研究总结报告［R］．淮南：安徽理工大学，2002．

［2］煤炭科学研究院北京开采研究所．煤矿地表移动与覆岩破坏规律及其应用［M］．北京：煤炭工业出版社，1981．

［3］杨本水，刘效云，尹纯刚．上提工作面矿压显现特征及其控制仁［J］．矿山压力与顶板管理，2000（2）：41－43．

［4］安徽理工大学．百善煤矿风氧化带内煤层安全开采技术试验研究总结报告［R］．淮南：安徽理工大学，2002．

［5］杨本水，王丛书，阎昌银．中等含水层下留设防砂煤柱开采的试验与研究［J］．煤炭学报，2002，27（4）：342－346．

中图分类号：TD823．8

文献标识码：B

文章编号：1672－0652（2014）01－0026－03

收稿日期：2013－11－07

作者简介：高志超（1985—），男，山西大同人，2007年毕业于中北大学，工程师，主要从事掘进技术和管理工作（E－mail）liujiangweizhimeng＠163．com

Study on the Key Technology of Fully Mechanized Caving Face Cross the Wind Xidation Zone

Gao Zhi－chao，Li Xia

AbstractBecause of the particularity of geological conditions of Jinggong third coal mine，there will lead to the construction in wind oxidation zone for a long time．In order to study the construction technology of heading face cross wind oxidation zone，summarized the key technology of full mechanized caving face cross wind oxidation zone that combined strengthen roof management with the system of oxidized coal and normal coal transport separately，for the fully mechanized caving face crosswind oxidation zone laid a solid foundation，have strong guide and promotional value．

Key wordsFully mechanized caving face；Wind oxidation zone；Research