综采工作面开采软岩保护层技术研究

司栓柱

（大同煤矿集团地煤公司,山西 大同 037003）

引 言

该矿为煤与瓦斯突出矿井,4号、5号煤层埋深800m,工作面开采时面临高瓦斯、高地应力情况,十分不利于综采工作面安全正常推进。由于4号、5号煤层瓦斯含量高、压力大,若采用抽采钻孔极易发生瓦斯喷孔等事故。经论证分析,采用卸压开采进行区域瓦斯治理,但该矿6号煤层地质构造复杂,存在大量小断层,且瓦斯含量较高,因此,只能将软岩层作为开采保护层进行卸压开采。卸压开采是目前最有效的瓦斯治理方法［1］。

1 工程概况

由地质勘探可知,位于6号煤层顶板上方20m处有厚度为6.2m的泥岩,该岩层硬度较低,赋存状态及顶底板结构稳定,适于进行开采。经过有关论证,在该泥岩层布置综采工作面进行保护层开采,命名为131综采工作面。利用131综采工作面对4号、5号、6号煤层进行卸压增透,实现瓦斯抽采与治理的同时保证位于4号、5号煤层综采工作面正常推进［2］。

131软岩综采工作面位于4号、5号煤层下方60m,6号煤层上方20m,原始瓦斯含量估算为30m3/t,设计采高3m,倾向长度为156m,走向长度为900m,采用综合机械化单向下行采岩工艺,综采工作面支架采用顺序移架方式。

2 软岩保护层工作面综采支持技术

2.1 地质保障技术

对软岩层位的控制是软岩综采工作面正常推进的关键,为此,应建立以灾源识别、地质构造等为基础的科学地理信息体系［3］。

地理信息采集工作。依靠直流电法、钻探法、音频透视法等勘探技术手段对软岩综采工作面进行地上地下全方位地理信息采集工作。

地理信息动态化管理。将已掌握的地理信息及岩层地质勘探资料等与现场勘探成果结合组成地理信息动态化管理平台系统。对软岩综采工作面的地质问题进行准确判定和及时处理,为软岩综采工作面生产提供保障［4］。

2.2 全方位优化技术

1）综采面设计优化。131软岩综采工作面是作为保护层进行开采的,开采长度、开采高度如果较小则影响卸压效果,开采长度、开采高度如果过大则造成浪费,综合卸压效果、地质构造情况等因素设计采高3m,倾向长度为156m,走向长度为900m,采用综合机械化单向下行采岩工艺,实现综采面设计优化。

2）辅运系统优化的实现。131软岩综采工作面机巷与风巷分别长1 090m与1 030m,两巷多处坡度起伏高达15°左右,材料设备运输困难,人员行走困难劳动强度较大。对辅运系统进行优化,在两巷通道布置单吊轨车,井下工作人员与工作面物料均通过人吊挂与单吊轨车运输,减少设备运输过程中的破坏及工作人员的工作强度,实现辅运系统的优化。

3）主运系统优化。软岩综采工作面采出主要为矸石,为了不影响煤流系统的正常运转,需要一套独立的运矸系统,因此,将矿井早期的老副井改造为矸石提升井,在井上与井下均建立胶带输送机排矸系统,实现了排矸系统胶带化,主运系统连续化,采掘的快速连续作业,提高了排矸工作的效率,实现了主运系统的优化。

4）维修系统优化。矿山机电维修是矿山生产的重要组成部分,该矿建立了综采设备维修管理平台,设备维修效率与维护质量均显著提高,主要机械故障率降低,主要部件实现急速供应,综采设备实现了信息化管理,实现了维修系统的优化。

3 软岩保护层工作面综采主导技术

3.1 工作面围岩稳定性控制技术

3.1.1 巷道围岩稳定性控制技术

1）回风巷及运输巷支护。131软岩综采工作面回风巷及运输巷巷高与巷宽分别为4.3m、3.4m,两巷净断面尺寸为14.62m2。针对软岩易发生破碎的特点,两巷采用“锚锚带网”结合及时注浆的联合支护方式。

2）回风巷及运输巷的超前支护。回风巷及运输巷在超前工作面5m～8m,采用抹帽进行超前棚支护。抹帽采用DZ型单体液压支柱配合直径0.3m的半圆木料交错进行拉锁木棚。虽然进行了超前支护作业,但回风巷及运输巷一些区域顶板压力仍然较大,为了保障工作面正常作业及人员安全,实行作业面矿压动态管理。

3.1.2 采场围岩稳定性控制技术

131软岩综采工作面的采场使用ZY7200/12/21型掩护式液压支架进行支护,工作面内共布置71架液压支架。

1）采空区的围岩控制。软岩综采工作面推进后,采空区采用全部垮落法进行采空区顶板的矿压控制,采空区依次进行退锚及切顶柱回撤工作,为保证安全采用远距离回柱方式进行回柱。

2）工作面过断层围岩控制技术。依据该软岩层存在的断层地质构造特征,采用超前层位对接技术、微差爆破工艺、带压短时移架等措施,确保软岩综采工作面迅速通过断层。

3）当软岩岩层中砂岩厚度小于1.5m时,软岩综采工作面采用单排眼布置：当软岩岩层中砂岩厚度大于1.5m时,软岩综采工作面采用三花眼布置。对断层构造尽量详细勘测,工作面推进时进行超前预判,煤机不进行强行截割,预先刹底、挑顶,保证工作面安全推进至断层另一盘,回归正常开采,完成工作面过断层时超前层位的对接。示意图如图1。

3.1.3 动态监测及反馈

为监测巷道顶帮移进量、顶板离层量及锚杆载荷等数据,于工作面安装监测分站,测站间距根据工作面生产状况而定,将道顶帮移进量、顶板离层量及锚杆载荷,矿压数据等数据反馈至相关部门,对于工作面安全生产管理、两巷的加强支护都有重大的意义［5］。

3.2 液压支架选型与设备配套

1）支架选型。综采工作面的采场使用ZY7200/12/21型掩护式液压支架进行支护,支护强度0.95MPa,初撑力4673－5 321kN,将采空区与工作面隔开,改善软岩壁片帮程度,可满足设计要求。

2）设备配套。为保证施工连续化以及减少工作时的设备故障率,综采工作面对煤机设备和其他机械设备都有较高的要求。在设备选型时,需要选取具有良好装岩效果的滚筒、高可靠性行走机构、高可靠性液压系统、高可靠性支撑滑靴组件等煤机设备以及具有高耐磨、高强度、高韧性、免维护等独特性能的运输设备。

3）设备配件。软岩面回采时,根据工作面生产应用和经济效益选用合适的截齿类型。从现场实际应用考虑,肯纳金属在使用过程中磨损不均匀容易损坏齿靴甚至齿座；株洲双力与齿靴配合过紧,拆换困难,但效益最高；安徽澳德更换频繁,耐磨度较差；山特维克截齿耐用度最高,便于检修和管理,有利于连续作业。各类截齿消耗表见表1。

表1 截齿消耗表

4 软岩保护层工作面综采保障技术

4.1 多灾害防控技术

1）瓦斯防治技术措施。为保证矿山的安全生产,采用多种措施相结合进行瓦斯治理是煤矿安全管理的重要措施。

2）防治水技术措施。根据矿山地质情况,当工作面过砂岩裂隙富水条带时,制定水安全技术方案,确保施工安全；在工作面机、风巷低洼处预掘水仓,配备排水管1趟和电泵2台,电泵排水能力不低于60m3/h,其中,1台使用,1台备用,并加强维护。

3）防尘技术措施。在131软岩面回采过程中会产生大量的粉尘,一方面,降低工作面生产效率,另一方面,引发尘肺病,损害工人身心健康,一般的注水消尘措施对岩层工作面效果不大,必须针对岩石工作面条件采取自主防护、通风除尘、洒水降尘、尘源控制等综合防治措施。

4.2 劳动组织保障

在软岩面放炮作业时,采用“四六制”作业方式,既能保证放炮作业的正常循环作业,又能保证作业标准化,提高了生产效率。

5 结语

1）131软岩面自试生产以来,工作面推进度合理,三机配套能保证工作面的正常生产,确保了软岩工作面安全顺利回采。

2）软岩保护层工作面在回采过程中,瓦斯抽采效果较好,没有发生瓦斯超限事故,提高了矿山安全系数。

3）两巷棚式支护存在一定的安全隐患,应增强工作面支护强度,优化设计端头支架,保障安全高效回采。

4）在矿山生产过程中,由于环境的复杂性,设备故障率、磨损程度以及材料消耗等因素影响软岩面的回采速度,需要新技术、新材料、新工艺、新设备的研究。

参考文献：

［1］ 何满潮,钱七虎.深部岩体力学基础［M］.北京：科学出版社,2010：5－6.

［2］ 李洪杰,杜计平.煤与瓦斯突出危险煤层卸压开采可行性分析［J］.煤矿安全,2014,45（11）：158－160.

［3］ 李伟,詹振江.淮北矿区“三软”极复杂煤层综采技术研究与实践［J］.煤炭学报,2010（11）：1800－1808.

［4］ 王新琨.强突出煤层群储层联合改造技术［J］.煤矿安全,2014,45（9）：75－78.

［5］ 董钢锋,宋庆尧,刘见中特厚松软高突煤层高效开采瓦斯综合治理技术［J］.煤矿安全,2007,38（7）：10.