“三软煤层”破碎顶板下综采工序改进浅析

2014-12-23于世凯

科技视界 2014年3期

于世凯

(郑煤集团公司告成煤矿，河南登封 452477)

综采在现代化矿井中扮演者重要的角色，科学的工序安排更是达到高产高效的前提，告成矿位于郑州矿区“三软煤层”地质条件下，受滑动构造影响，造成构造带直接压煤，煤层厚度变化较大，煤层结构较为简单，顶板极破碎，直接底为砂质泥岩。在工作面回采过程中，采煤机采用端头割三角煤斜切式进刀，工作面每推进一个循环都要人工对煤墙进行支护，造成人工劳动强度大，空顶时间长，煤墙片帮严重，窝工、复工现象经常出现，管理难度增大，产量、煤质一直影响安全生产效益。

1 井田概况

1.1 井田位置

告成井田位于颖阳—芦店向斜的南翼东段，井田内主要构造为“滑动构造”，由滑动面、下盘及上盘的滑体构成，此构造影响井田范围

图1 告成煤矿交通位置示意图

告成煤矿位于河南省登封市SE40°、直距12km处。行政隶属郜城、卢店、大冶镇。新（郑）密（县）铁路专线向西直达告成煤矿，并与登煤铁路相接。两条铁路线分别于新郑、大安交于京广线及焦枝线。郑州～少林～洛阳高速、登封～许昌高速均在煤矿北部的卢店镇设有出入口，207国道从井田西部穿过，237省道贯穿煤矿南北，各乡村间均有柏油公路相连，交通极为方便，详见图1。达75%左右。构造的特点是先挤压收缩后伸展拉张，地层受到强烈推挤，晚期伸展拉张形成的正断层使井田的中部处于应力集中区。同时滑动构造主要发生在二1煤层附近，对二1煤层产生强烈的推挤铲蚀作用，造成煤层的原始结构遭受破坏（破坏类型为Ⅳ、Ⅴ），呈现出层间挤压、揉搓的构造特征。从生产揭露和钻孔煤芯来看，二1煤多以粉、粒状为主，偶夹块煤亦为粉煤压固而成，强度极低，指压可碎，且滑面发育。二1煤层具有顶板软、煤层软、底板软的特性，属豫西“三软”不稳定难采煤层。井田构造程度属中等偏复杂类型。矿区北部为卢店勘探区，东部为朝阳沟煤矿接替小井及庄头铝土矿，南部为新登煤矿。

1.2 交通位置

1.3 水文地质

告成井田处于颖河地下隐伏排泄通道北侧，根据岩性和地下水的贮存埋藏条件及含水性等特征，井田地层可划分为四个主要含水层：

上寒武～奥陶系含水层井田内分布不普遍，埋藏深度在300m以上浅的低洼地带，构造复合部位岩溶、裂隙较发育，地下水年变化幅度1.01～3.02m，目前静水位标高+168m。

太原组下段灰岩含水层由L1～L4四层灰岩组成，间夹薄煤层和砂质泥岩，其中L1灰岩溶蚀作用比较强烈，含水性较强，该含水层顶界面距二1煤层40～60m。

太原组上段灰岩含水层由L6～L9四层灰岩组成，为浅灰、深灰色中厚层状燧石灰岩，一般为10～15m，为二1煤层底板直接充水含水层。

二1煤层顶板砂岩含水层为二1煤层顶板直接充水含水层，因受滑动构造的影响，井田内二1煤层顶板大部分为外来岩层，不同地段为不同时代的地层压覆煤层，岩性差异变化很大，造成煤层顶板含水性区域变化很大，其中第三系、二叠系等以砂岩、砂质泥岩为主的顶板含水层，含水性较弱，三叠系圈门群一段至三段以砂岩为主的顶板含水层，含水性较弱。

1.4 工作面概况

21051综采工作面位于-110水平21采区，主采煤层为二1煤，工作面设计走向长度1350m，倾斜长度105m，面积136148m2，煤层总厚：0.5m～12.8m，平均煤厚3.8m，煤层倾角：9～17度平均倾角12度。工业牌号为：贫煤。工作面正常用水量：50m3/h,最大用水量：130m3/h。瓦斯绝对涌出量：10m3/min。工业储量104.4万吨，可采储量：42万吨。受滑动构造的影响，煤层结构较为简单，煤层厚度变化较大，工作面顶板为滑动构造带直接压煤，煤层顶板极破碎，强度较低，直接底为砂质泥岩。

2 原生产工艺

2.1 设备布置

21051工作面共液压支架70架，其中端头支架4架，过渡支架2架，中间架64架，采煤机1部，前部运输机1部，后部运输机1部，转载机1部，破碎机1台，乳化液泵2台，移动变压器2台，信号照明综合保护1台，下付巷皮带运输机1部。

2.2 采煤方法

21051综采工作面采用走向长壁布置，综合机械化放顶煤，全部垮落法管理顶板。采煤工艺为综合机械化放顶煤，采放平行作业；进刀方式采用端头割三角煤斜切式进刀；采煤工艺流程为割煤→推前部运输机→移架→调换滚筒位置反向割煤→推前部运输机→移架→放煤；放煤工艺采用两采一放中位放顶煤工艺，放煤步距为1.2m，放煤方法为多轮、顺序、等量、间隔两口放煤。工作面作业方式采用“三、八”制，即3个班生产、八点班上半班检修。循环进度：1.2m，循环方式为多循环，循环个数：4个，循环率为95%。由于顶板极破碎，煤层强度极低，指压可碎。为防止煤墙片帮，一方面加强煤墙注水；另一方面用单体柱配合荆笆、椽子对煤墙进行人工支护。

3 工序改进的必要性和可行性

3.1 必要性

由于21051综采工作面倾斜长度较短，顶板极其破碎，该工作面在推进过程中，采用端头割三角煤斜切式进刀。采煤机割煤期间工作面人员全部停止工作，注水人员无法及时对煤墙进行注水。采煤机过一刀后，要停机，人工对部分煤墙进行支护，效率极低，采煤机割煤后空顶时间长，加之煤墙注水时间短，经常出现煤墙片帮，掉顶现象。停机同时安排人员进行分组拉架，经常出现压力不足，造成拉架时间长，拉架困难，同时煤墙支护期间材料用量较大，原生产工序不仅威胁到安全生产，而且窝工、复工现象严重，改进采煤工艺十分必要。

3.2 可行性

由于工作面较短，采煤机可采用中部斜切进刀的方式。中部斜切进刀的特点是输送机弯曲段位在工作面中部，这样的进刀方式能够有效的提高开机率。作业人员先对将要割煤的煤墙方向进行作业，充分利用工作面短，两端作业互不影响的特点，将各项工序的平行能力达到最优化。工作面采用中部斜切式进刀，跟机拉架，分段作业的方式，在施工过程中上有以下特点：①有效的提高开机率；②缩短空顶时间，防止煤墙片帮，保证安全及工程质量；③集中分段作业组织能够避免窝工、复工现象；④跟机快速拉架能够避免集中拉架时的泵压弱问题。

综上分析，改进后的施工工序能够有效的适用于21051综采工作面，在现场组织施工中具有良好的可行性。

4 改进后工序的具体实施

由于21051工作面较短，采煤机可采用中部斜切进刀的方式。采煤机开机前，先集中力量对将要割煤的煤墙进行人工支护，打眼注水，待一切工序完成后，可以开机割煤。操作过程为：①采煤机割煤至工作面左端；②空牵引至工作面中部，并沿输送机弯曲段斜切进刀，继续割煤至工作面右端；③移直输送机，采煤机空牵引至工作面中部；④采煤机自工作面中部开始割煤至工作面左端，工作面右半段输送机移近煤壁，恢复初始状态。割煤期间留部分人员进行跟机拉架，其他人员对割煤的反方向进行煤墙支护、打眼注水、清煤等作业。这样拉架的数量始终保持在两架左右，泵压完全可以满足拉架要求。工作面采用中部斜切式进刀，跟机拉架，分段作业的方式不仅提高了开机率，缩短了空顶时间，从而有效的杜绝了煤墙片帮、冒顶等隐患，避免了窝工、复工现象，大大提高了工作面单产效率，取得了一定的经济效益。