强膨胀泥岩少留底煤开采技术研究



强膨胀泥岩少留底煤开采技术研究

杨小勇 唐忠义

（陕西长武亭南煤业有限责任公司，陕西 长武 713600）

摘要：综放工作面强膨胀泥岩底板，通过调整工作面回采方向由俯采改为仰采，回采期间严格遵循“沿底不破”的原则，同时加强水源控制，实现了安全高效回采。

关键词：综放工作面；强膨胀泥岩；安全高效

引言

亭南煤业软岩治理项目属于国家重点基础研究计划973项目现场科学试验工程。所采煤层为侏罗纪延安组4#煤层，三盘区煤层厚度0～15m。煤层底板为铝质泥岩，铝质泥岩具有遇水膨胀的特性，对回采造成影响，亭南煤业先后在303、108、304工作面成功实现了少留底煤开采，并积累了一定的经验。下面以304工作面为例进行说明如下。

一、工作面概况

1 .煤层赋存情况。3 0 4综放工作面长2 0 5 m，共安装ZF10000/20/38型液压支架。138组，推采长度1485m，所采煤层埋深495～564m，煤层厚度5.0～15.6m，平均厚度9.4m，煤层倾角0～11度，平均4度。煤层结构为：0.7（0.2）0.3（0.2）8.0。普氏硬度系数f=1.95～2.7。

2.顶底板情况。直接顶为泥岩，平均厚度1.3m，老顶为砂质泥岩、细粒砂岩、平均厚度16.4m，直接底为铝质泥岩，平均厚度为2.0m，容易风化、软化及裂隙化，遇水极易发生膨胀，岩体泥化。底板铝质泥岩黏土矿物中伊/蒙混层质量分数为18.0%，高岭石质量分数高达71.0%，属于中膨胀性软岩，膨胀性较强，老底为砂质泥岩，平均厚度9.4m。

3.巷道布置情况。工作面采用四巷布置方式，分别是运输顺槽、回风顺槽、辅助运输巷、高抽巷。运输顺槽为矩形断面，采用锚网索支护，巷道净宽5.8m，净高3.5m，S净=20.3m2，掘进期间保留底煤厚度2.0m，回风顺槽为矩形断面采用锚网索支护，巷道净宽5000mm，净高3200mm，S净=16.0m2，掘进期间保留底煤厚度2m。

4.地质构造情况。该区域位于南玉子向斜东南翼，根据已有勘探资料，本区域未发现断层，属于简单构造。

二、前期准备工作

1.调整工作面回采方向。通过在三盘区东翼布置三盘区东翼回风巷、胶带巷和轨道运输巷，将工作面回采方向由原设计的由东向西改为由西向东，实现工作面由俯采变为仰采。

2.调整工作面两顺槽位置。将运输顺槽由原来位置较低的一侧改为较高的一侧，避免转载机拉水炭，甚至造成煤流系统无法正常运行。

3.设备选型。将回风顺槽过渡支架的型号由ZF10000/20/38型液压支架调整为ZFG10000/27/45型过渡支架，另外在回风端头设计一组端头支架，型号为ZT16400/29.5/65，将回风超前支架由ZCZ12700/24/40型超前支架改为ZCZ12700/30/47型超前支架（以上优化设计在304工作面综机配套选型时同步完成）。在进行支架高度调高的同时，兼顾了高度调低的可逆性，为后期继续使用做准备。

三、回采期间遇到的主要问题

1.工作面局部揭露底板泥岩。工作面10#～60#架段揭露底板泥岩，20#～40#架段出现支架钻底，支架初撑力无法达到24MPa,前部刮板输送机推移步距无法一次达到设计步距0.8m，造成循环产量降低，后部运输机处底板出现底鼓，造成其倾斜，降低了装煤效果。

2.运输顺槽揭露泥岩。运输顺槽超前工作面200m出现底鼓，顶底板最大移近量达到900mm。因底板底鼓落底后揭露泥岩，泥岩在转载机破碎机电机冷却水及防尘水的影响下，出现软化膨胀，导致转载机拉移困难，超前架组、端头架倾斜，初撑力无法达到规定要求。

3.回风顺槽揭露泥岩。回风顺槽顶底板移近量达到500mm，超前架组无法前移。

四、采取的主要措施

1.严格顶底煤探测制度。工作面每推进10m探测一次顶底煤厚度；采煤机司机加强现场交接班，及时掌握底煤厚度；在底板揭露泥岩后，对支架底座下陷的支架在底座底下垫Ф210mm，长度5m的圆木，以提高底板比压，同时加快工作面推采速度。

2.严格控制运输顺槽超前落底长度。根据工作面两班生产，每天推采6～8刀这一情况，转载机机头以外落底工作超前不得超过30m，转载机桥部以下落底跟随皮带自移机尾后部进行。对于运输顺槽顶板采取钢板托盘配合Ф17.8×8500mm锚索进行支护，对顶板下沉严重地段打设Ф22×6000mm注浆锚索，其余地段打设普通锚索。工字钢沿垂直于巷道方向布置，间距1.8m。

3.加强设备冷却水管理。将转载机、破碎机、前后部刮板输送机电机冷却水采用Ф32mm胶管引至运输顺槽后部采空区。

4.回风顺槽人工落底。采取超前工作面50m人工落底，以满足超前架组前移需要。

五、结论

1.回采工作面采取仰采，避免俯采，面后排水是实现薄底煤或无底煤开采的主要手段。

2.强膨胀泥岩底板工作面布置回采巷道时，必须保留1～2m底煤厚度，对底板进行封闭以避免或较小底板底鼓量，当出现底鼓时可以落底处理。

3.回采期间对各设备电机冷却水进行集中收集，避免底板遇水膨胀。

4.在工作面底板揭露泥岩时加快工作面推采速度是一项重要措施，当出现支架或转载机钻底时，采取垫圆木等措施可起到提高底板比压的作用。

参考文献：

[1]谭英杰，泥岩膨胀机理的弹塑性力学分析。见哈尔滨工程大学博士论文.2015.10

[2]蔡克海，刘会斌，胡少博，彬长矿区软底巷道变形特征及治理方案。见全国煤矿复杂煤层开采技术，2012.1

文章编号：1671-864X（2015）05-0051-01

文献标识码：A

中图分类号：TD353

作者简介：杨小勇（1975.4--）毕业院校：大同煤炭工业学校，现供职于：陕西长武亭南煤业有限责任公司。