综采工作面过煤层冲刷带工艺方案

张忠池

（霍州煤电集团汾源煤业有限公司生产科，山西 霍州 035100）

1 工程概况

霍州煤电集团汾源煤业主采8号煤层，煤厚4.60～13.90m，平均10.5m，煤层倾角25°～30°，地质构造复杂，既有断层又有冲刷带。顶板岩性为泥岩或砂质泥岩、粉砂岩，底板岩性为砂质泥岩、泥岩或细粒砂岩，属全井田可采的稳定煤层。工作面使用ZZS5300支架配套滚筒式采煤机开采。

8114工作面距切眼700m处受到一冲刷地质构造带的影响，导致工作面沿倾向方向上约6m宽范围形成一条带状的无煤区，该冲刷带岩性为灰白色中砂岩。8114工作面冲刷带平面示意图如图1所示。

由于冲刷带主要是由于水流对泥炭层或煤层的冲蚀作用形成的，根据该冲刷带实况分析可知，该冲刷带是煤层顶板形成以后的后生冲蚀作用所造成的。后生冲蚀形成的冲刷带主要有以下几个特点：（1）在平面上沿着水流方向呈带状分布，薄煤带或无煤带呈多种多样的形态；（2）煤层的顶板遭受剥蚀；（3）冲蚀带附近煤层光泽变暗，灰分增高，裂隙发育；（4）冲刷带规模大，往往形成大面积的薄煤带或无煤带。

图l 8114工作面冲刷带平面示意图

2 综采面过煤层冲刷带方案选择

2.1 方案一：采煤机截割直接通过

采煤机截割直接通过的方案只适用于冲刷带岩体硬度较小，厚度较小的区域。

优点：可节省煤岩巷的掘进工程量、支护材料和人工费用等，影响生产的时间短，且能够减少搬家产生的费用。

缺点：仅适用于冲刷带厚度h＜0.5m、普氏系数f＜4的冲刷带，同时还要控制采煤机的推进速度在2～3m/min，具有很大的局限性。

2.2 方案二：炮采工艺通过

炮采工艺主要是采用爆破能量使煤体成为裂隙发育体，起到辅助开采的作用。一般用来降低截割难度，减少采煤机的磨损。

优点：可节省150m岩巷的掘进工程量、支护材料和人工费用等。

缺点：开采过程中需对冲刷带进行打眼放炮处理岩石，由于工作面为全岩石，因此打眼放炮工程量大，支架、电缆、管路维护比较困难，且损坏比较严重，对工作面刮板运输机损坏相当严重，对于巷道的顶板管理困难，影响生产时间难以估计，且安全生产系数较低。

2.3 方案三：提前施工搬家，重新掘进切眼巷

冲刷带长度长、厚度大、岩性坚硬时必须要考虑在该工作面的前方新开掘切眼巷的方式进行开采，保障开采设备的安全。

优点：避免开采过程中对冲刷带进行打眼放炮处理岩石工作，减小对支架、电缆和管路损坏。

缺点：增加了150m半煤岩工程量、支护材料费和人工费等。同时需进行一次小搬家，至少影响生产20d，增加一部分停采支护和搬家产生的费用。

2.4 方案四：超前掏掘形成空巷，然后支护通过

在工作面开采过程中，提前对煤层冲刷地质构造带进行掏掘，使其成为一条空巷，再及时采取锚杆、锚索配合单体液压支柱联合支护和空巷煤柱侧围岩注浆的形式，便于采煤机组的顺利通过。

优点：避免开采过程中对冲刷带进行爆破工作，而且不用施工搬家，影响生产的时间较短，减少了支架等设备维护和搬家的费用。

缺点：增加了150m全岩工程量、掘进支护材料费和人工费等，同时需对空巷进行合理的支护，支护技术需合理有效。

根据8114综采工作面冲刷带的实际情况，该冲刷带厚度h≥0.5m，影响推进长度L1=380m，工作面揭露长度l=84m，冲刷带岩体普氏系数8≤f≤10。从该数据可以看到，该冲刷带厚度大，长度长，岩性坚硬，因此无法采用方案一中的采煤机直接截割过冲刷带。通过综合比较后三种方案，方案二和方案三影响生产时间长，安全系数低且费用较高，方案四较方案二、方案三更加合理，主要是提前对冲刷带进行处理，减少了影响生产的时间，投入小，产出大，效益高，安全系数高。

3 综采工作面过空巷控制技术

工作面过冲刷带掘掏形成空巷后，必须采取相应的支护控制技术，主要采取锚杆、锚索配合局部点柱支护和空巷煤柱侧围岩注浆的形式。

3.1 强力锚杆索加固支护

8114综采工作面冲刷带超前掏掘形成的空巷高2.0m，宽6.5m，考虑到围岩破坏情况和强烈采动影响，必须采用强力锚杆索加固支护技术，从而防范工作面进入空巷时发生冒顶。针对8114综采工作面的地质生产条件，确定巷道锚杆索支护方案如下：

（1）顶锚杆采用Ф18mm×1700mm高强螺纹钢锚杆，树脂加长锚固，预紧力矩不得低于140N·m，锚杆排间距1000mm×1000mm。

（2）顶板单体锚索采用Ф15.24mm×4500mm高强预应力锚索，树脂加长锚固。预紧力不低于120kN。

（3）针对空巷已冒顶或顶板变形较大的区域采用木支柱进行支护以使过空巷时端面顶板具有足够的支撑力，木支柱采用Ф200mm×2000mm的优质圆木，相邻木支柱间距为2.5m。可见图2支护断面示意图。

图2 锚杆索支护方案支护断面示意图

3.2 注浆固结

8114综采工作面过空巷期间空巷煤柱侧支承应力会逐渐增加，需采用注浆措施进行加固，确保煤柱的稳定。注浆固结修复方案的参数设定如下：注浆钻孔长度3.0m，最终浆液扩散范围大于5.0m；每排布置2个注浆孔，间距1.0m×5.0m，上位孔距顶板1.0m，倾角10°；注浆材料马丽散树脂：催化剂=1:1，双液注浆系统，注浆压力6MPa。

3.3 过空巷的施工组织和安全技术措施

（1）过空巷前应加大检修力度，加强工作面定检，保证机电设备运转正常，保证三机配套设备的正常运转。

（2）合理调斜工作面，减少空巷一次暴露面积。在距空巷前60m开始对工作面进行调斜工作，做到尾超前头15m左右，使工作面支架从尾向头逐步通过空巷，每推进1m最多有7个支架进入空巷，大大减少了空巷的一次暴露面积。

（3）加强空巷的支护力度，提高工作面抵御集中压力的能力。在工作面距离空巷60m对空巷进行加强支护，补支木支护200根，补单体液压支柱200根，补假顶护顶工字钢50根，有力地保证切眼的支护刚度，为采煤机快速通过空巷提供了有力的支承保证。

4 结论

结合霍州煤电集团汾源煤业地质条件，对比过煤层冲刷带四种解决方案，最终确定选用超前掘掏形成空巷、机组直接推采的第四方案。

针对空巷提出了强力锚杆索加固、注浆固结修复方案，实现了综采工作面过空巷期间的围岩稳定控制。此次研究和实践，为类似条件下的开采提供了理论依据和宝贵的实践经验，具有应用前景和推广价值。