复杂地质条件下综采面停采施工优化与应用

2018-12-05孙月星

山东煤炭科技 2018年6期

孙月星

（西山煤电集团马兰矿，山西古交 030205）

综采工作面停采施工主要是通过施工回撤通道、壁龛等，从而达到确保工作面后期机械设备能够安全快速搬迁的目的。停采施工的主要内容包括机械设备回撤通道的形成及维护、采煤机、刮板输送机拆迁硐室的施工、回采煤壁的维护等。停采施工质量直接关系到后期设备能否快速搬迁、工作面能否正常接替。所以在复杂地质条件下进行停采施工时，必须采取合理有效的施工工艺，保证停采施工安全及施工质量。本文主要以马兰矿28304工作面停采施工为例，提出了在复杂地质条件下停采施工技术措施。

1 概述

马兰矿井田位于西山煤田西部边缘，井田东部与屯兰矿相邻，西部以9#煤层露头线及北社断层为界，南部以原相北断层为界，北部与城镇底矿接壤。矿井井田面积为104km2，矿井设计生产能力为4.0Mt/a，井田内现开采煤层为02#、2#、8#煤层。

28304工作面位于北三盘区右翼，右翼轨道巷、皮带巷分别从北三盘区轨道下山开口，28304工作面以东为右翼轨道巷、皮带巷及回风巷，以南为28305工作面（形成阶段），以西为实煤区，以北为28302采空区。工作面走向长度为1100m，倾向长度为178m，工作面回采煤层为8#煤层，煤层平均厚度为4.0m，工作面采用综合机械化后退式回采工艺，全部垮落法处理采空区。28304工作面直接顶主要以炭质泥岩为主，平均厚度为3.7m，基本顶主要以粉砂岩为主，平均厚度为7.4m。根据马兰矿地测科提供资料显示，28304工作面回采至1015m处揭露一条正断层，断层落差为1.7m，倾角为55°。

根据工作面设计，为确保最大限度回采煤炭资源及保证回采安全，将28304工作面停采线位置确定在1020m处，工作面回采至距停采线一定范围内进行停采施工，28304停采施工主要包括回撤通道施工维护、工作面煤壁维护以及机组壁龛施工维护等。

2 工作面原停采施工工艺及问题分析

2.1 工作面原停采施工工艺

（1）28304工作面初步设计中工作面回采至1017m处时停止移架，在工作面顶板施工单锚杆支护，锚杆采用长度为2.0m，Ф18mm螺纹杆，锚杆间距为1.5m，第一排锚杆施工完后开始割第二刀煤，割煤后施工第二排锚杆，依次类推直至工作面割煤至停采线。

（2）工作面煤壁采用两排锚杆进行维护，第一排锚杆施工在距工作面顶板1.5m处，第二排锚杆与第一排锚杆间距为1.5m，锚杆长度为1.8m，Ф18mm。

（3）壁龛采用采煤机进行切割形成，壁龛长度为20m，壁龛深度为1.0m，壁龛形成后采用单锚杆进行维护，维护方式与煤壁相同。

2.2 原施工工艺主要存在技术难题

（1）28304工作面直接顶主要以炭质泥岩为主，该岩石硬度系数f＜4.0，在外界作用力下岩石层会发生变形、断裂。28304工作面以北为28302采空区，且工作面回采至1015m处存揭露一条断层，在构造应力、采空区压力的作用下，工作面顶板压力加大，而28304工作面回采至1017m处开始对机道处顶板进行维护时，机道成型困难，伴随着局部冒顶、垮落事故发生。

（2）28304工作面受构造应力影响，工作面机道顶板及煤壁出现大面积破碎、片帮现象，原设计中顶板采用单一锚杆支护不能加强顶板稳定性，且顶板采用长度为2.0m钢锚杆不能满足支护需要，同时煤壁采用两排单锚杆支护无法防止煤壁片帮，特别是煤壁与顶板之间三角煤柱维护控制难度大。

3 28304工作面停采施工工艺优化

3.1 机道施工工艺

为了避免断层对机道成型的影响，28304工作面超前对机道进行维护，并采取锚杆、锚索、锚索吊棚联合支护措施对机道顶板进行维护。

（1）28304工作面回采至112m处开始对工作面顶板施工第一排锚索吊棚并铺设金属网，钢梁长度为3.5m，每根钢梁采用两根长度为8.3m锚索将其与顶板进行固定，钢梁平行工作面布置，在施工吊棚时在其上方铺设一卷金属网，并在支架顶梁上方铺设一排长度为2.0m钢管，移架时使钢管与顶网接触严实。

（2）当工作面第一排锚索吊棚施工完后继续割煤、移架，工作面割煤至距停采线3.5m处时停止移架并在支架前探梁0.3m处施工第二排锚索吊棚，第二排锚索吊棚与第一排施工工艺相同，且两排锚索吊棚错位式布置，错位距离为0.5m。

（3）第二排锚索吊棚施工完后工作面继续割煤，割煤一刀完成后及时在顶板施工第一排锚杆、钢带支护，钢带长度为4.8m，每根钢带配套5根锚杆，锚杆采用长度为2.5m，Ф22mm左旋无纵筋螺纹钢锚杆，钢带平行工作面布置，相邻两根钢带首尾锚杆叠加布置，如图1所示。

图1 28304工作面停采施工平面图

（4）第一排钢带施工完后工作面继续割煤，割煤完成后施工第二排钢带，第二排钢带与第一排钢带施工工艺相同，第一排钢带与第二排钢带错位布置，错位距离为0.5m。依次类推直至采煤机割煤到位，机道处顶板共计施工三排钢带，钢带间距为1.0m，钢带与顶板之间铺设金属网。

（5）顶板钢带施工完后，在三排钢带之间施工两排单锚索，锚索间距为3.0m，锚索采用长度为8.3m预应力钢绞线，锚索下方采用钢托板及锁具进行锚固预紧。

3.2 煤壁支护工艺

为了防止工作面煤壁片帮及加强三角煤柱维护，28304工作面施工三排迈步式护帮，并在煤壁处支设单体支柱。

（1）工作面煤壁护帮锚杆采用长度为2.0m，Ф22mm左旋无纵筋螺纹钢锚杆，第一排锚杆施工在距顶板0.4m处，锚杆间距为1.0m，锚杆与煤壁之间采用钢护帮进行预紧。

（2）第二排锚杆与第一排锚杆间距为1.0m，第二排锚杆间距为1.0m，第二排的第一根锚杆施工在第一排的第一根与第二根锚杆中间，两排锚杆成“迈步式”布置。

（3）第三排锚杆与第二排锚杆排距为1.0m，锚杆间距为1.0m，同样第三排锚杆与第二排锚杆成“迈步式”布置。

（4）当工作面煤壁护帮施工完后，在距煤壁0.5m处支设一排单体液压支柱，单体柱间距为2.0m。

3.3 壁龛施工工艺

（1）28304工作面壁龛施工在工作面机尾位置，为方便拆卸刮板输送机及采煤机，壁龛设计长度为25m，深度为2.5m，当采煤机割最后一刀煤后采煤机空刀返回89号支架处（共计105架支架），然后推移89～105号支架之间的刮板输送机，输送机推移到位后采煤机继续斜切进刀割煤，采煤机壁龛形成后及时将刮板输送机拉回至原位。

（2）采煤机壁龛处顶板采用锚杆配套钢带进行维护，顶板施工两根钢带，钢带间距为1.0m，钢带布置形式与机道顶板钢带布置相同。壁龛处煤壁支护与工作面煤壁支护相同。