极软岩“孤岛”综放面回采技术探索与实践

王宝权 郭宏峰 孙东华 张永生

摘 要：小康煤矿自然地质条件为高应力、强膨胀的极软岩，属国内外罕见，S2S1综放面左、右和前部都是采空区，属于典型的“孤岛”回采工作面。采场在生产过程中受采空区的影响非常大，为应对生产中出现的问题，采取了小步快走、托顶施工、整体补强、加固围岩等一系列管理技术，并研制、应用新型适用狭小巷道的出货运输设备，确保了生产持续、可控，为类似条件下的极软岩综放面“孤岛”回采提供了宝贵的生产经验。

关键词：极软岩矿井综放面 ;  “孤岛”回采;  生产技术管理

1  极软岩情况简介：

铁煤集团小康煤矿自然地质条件为高应力、强膨胀的极软岩，属国内外罕见。煤层属于节理、层理发育的松软岩层，变形特征主要表现为碎胀;煤层顶板为油页岩，以泥质为主，遇水泥化，风化后成为片状，干后粉碎崩解，不易维护;煤层底板的粉沙岩，泥质胶结，具有遇风、遇水风化、膨胀。围岩泥质成分含量大，含大量膨胀性粘土矿物，水稳定性差，具有强膨胀性和较大的可塑性，崩解速度和崩解率均较大，巷道开挖后，围岩易于吸水风化而使其强度迅速下降，自承能力较差。

2  S2S1 “孤岛”综放工作面概况

2.1  工作面概况：

S2S1综放面东侧有S2S2段综放面采空区（2009年6月末回采完毕），西侧有S2W1段综放面采空区（2012年7月末回采完毕），北邻S1W1采空区（1993年5月末回采完毕），故本综放面三面受相邻工作面的采动压影响，属于典型的“孤岛”工作面开采。该工作面长度225m，有效推进长度382m，回采面积85950m2;采高6.90m（机采采高2.90m，放煤高度4.00m，采放比1：1.38）;煤层赋存于-560m～-600m之间，倾角为5°～7°，煤层由13～19个自然分层组成的复合结构煤层，总厚最大达8.3m，煤层中夹石一般为泥岩，深灰色，泥质胶结，质软、遇水泥化。自然发火期1～3个月，最短21天。

综放面的运、回顺槽沿煤层底板掘进，平行布置，均采用圆形断面36U金属棚支护，回风巷（兼运物料）;运输巷（兼运输煤炭）为机轨合一，靠工作面内侧铺设轨道，放置串车，外侧铺设胶带输送机。

2.2.  采煤方法：

工作面采用倾斜长壁仰斜后退式综合机械化放顶煤的采煤方法。落煤方式为下部用采煤机落煤，上部靠煤层自然冒落放出。循环进度为0.7m，放煤方式为一采一放，放煤顺序为追机放煤，放煤方法为三轮放煤法，分三次将煤放净，即采用三轮，间隔、顺序、等量放煤，尽量使放顶煤保持均匀下降，以减少混矸，提高回收率，移架时直接带动后部运输机前行。

3 “孤岛”综放面回采遇到的問题及采取应对技术

3.1 工作面两顺的生产管理技术

S2S1工作面两顺巷道支护受采动压的影响，矿压显现十分明显，影响范围近260米，该区域底鼓量非常大，达到700mm/d，为此需要大量人员进入动压影响区域进行翻修、拉底等工作。由于巷道底鼓量极大，巷道两侧收敛速度极快，支护几乎被压垮，巷道断面经常无法满足基本生产要求，给行人和通风都带来隐患，为此采取了以下联合方法去应对。

1、两顺安排多支队伍进行翻修工作，采取扩断面，换支架，保证最大的支护强度和最低使用断面。翻棚茬之间必须顺向施工，不能相向施工，否则在合茬时顶板会急速下沉，出现掉顶、漏货现象，造成合茬处旧棚被压垮，容易将巷道内的设备压住，并堵死巷道。经过试验，最终确定每个翻棚茬长度控制在20架棚以内（棚距0.6米），采取小步快走的施工方法，争取一周合茬一次，同时为加快翻修速度和保证较高得到支护强度，采用了架设36U金属拱棚和外喷混凝土联合的支护方式。

2、翻修架棚时执行托顶施工的方法，即架设新棚时，多往底板卧，尽量不破坏原有巷道顶部的锚喷层，让巷道原有的锚杆、锚索和锚喷层残余的支护强度再次参与到翻修后的支护中。即保证了翻修时帮顶围岩的稳定，减少围岩的流变程度，又增加了二次翻修后的支护强度，延长的巷道的使用寿命。以往综放工作面两顺支护要经过两次翻修才能满足生产使用，现在只需一次翻修就可以满足回采需求，减少了一遍巷道的翻修次数，有效降低了回采成本。

3、对两顺动压影响区域外的巷道及时采取喷浆补强，进一步封闭围岩，同时打密集锚索（锚杆）和“开帮泄压”等综合技术及时补充、提高巷道的支护强度，控制棚子变形收敛的速度，确保工作面生产所需的断面要求。

（1）、充分提高围岩自身承载强度，提高巷道支护强度。在两顺的顶板、巷帮及底脚补打3～4根补强锚索，顶板锚索长度为7.3m，两帮与底脚打4.0m的长锚杆，进行深部锚固，将松散的表面煤（岩）体与深部完整没变形的煤（岩）体锚固成一个整体，加大承重梁的厚度，增强巷道支护强度。

（2）、当金属棚受两帮侧压影响起尖时，则在该区段的两肩部打锚索，用以抵抗两帮侧压;当金属棚受顶、底板压力影响，顶梁被压平时，则在该区段则打中心顶子，用以抵抗顶、底板方向来的压力。

3.2 工作面三角点管理技术

1、对前后三角点顶板破碎地点采取注岩体加固剂方式提前加固煤体。利用加固剂本身具有较高的亲合力与粘性，使浆液与岩体裂隙表面产生较大的物理粘结作用力，提高破裂体的强度，改善破裂岩体的变形性能。注浆固结体表现为较强的抗变形和承载性能，破碎的煤岩体最终形成煤（岩）块，提升了煤体的强度和完整性，杜绝了前后三角点掉顶、漏货现象，确保了生产可持续和顺畅。具体施工方法如下：

沿工作面向前方打注注浆铁管，4分注浆铁管长度为4.0m，孔深4.0m，外露长度0.3m。眼距为1.5米。距顶板下0.2米处二肋开孔， 向上仰角20°。采用ZBQ—5/12型气动注浆泵，按1：1的比例通过注浆管进行围岩加固;注浆顺序遵循由下至上，由近至远的原则。预先加固了三角点帮顶后，对破碎煤岩体起到补强加固、充填密实作用，人为地改善了松软破碎煤岩体的物理力学性能，保证了顶板及煤壁完整性，使工作面做机头和机尾工作时间大为缩短，既保证了安全，也使生产环节变得顺畅。

2、由于后三角点压力特别集中，顶板非常破碎，经常出现棚梁被压弯、巷道断面狭小，高度不足，导致机尾支架的尾梁升不到指定高度，出现尾梁压后部运输机电机、减速机的情况。针对这种情况，采取加强超前支护的施工质量，提高超前支护的强度，提前翻换梯形金属棚，同时尽最大程度减少后三角点棚梁的支护跨度，从而杜绝了梯形棚梁被压弯而变低的问题。

3.3 工作面回采管理技术

1、加强工作面工程质量，调整好机头、机尾的长度，避免频繁窜动。杜绝倒架、挤架、咬架的现象，支架前梁的间隙符合规定，严格执行带压擦顶移架和超前移架，减少悬顶面积和顶板暴露时间，能超前拉架的地段要超前拉架维护，及时撑开护帮板，减少空帮空顶时间，最大程度保证帮顶完好。

2、加强放煤管理，严禁不能超高放煤，机头机尾五组支架范围内禁止放煤，当三角点帮顶漏货、掉顶时，两顺上帮的棚腿不得提前回收，等采煤机退出后，再回棚腿，减小三角点暴露的煤体面积。

3.4 狭小巷道出货管理技术

1、S2S1回顺断面小，无法安装拉底运货设备，但是拉底出货量又比較大，传统做法需要依靠人把货装入编织袋内再往外背，不仅效率低下，而且工人劳动强度大。为扭转这一被动局面，研制并应用了风动式小型带式输送机，解决了极软岩矿井因为矿压作用导致巷道断面狭小，拉底出货难的问题。该风动型固定带式输送机具有重量轻，搬运方便，占地面积小，运营费用低，使用维护方便等特点，并且使用压风作为动力源，能满足水平、提升、下运等条件的输送形式，获得了良好的效果。该带式输送机的整机由以下主要部件组成：输送带、驱动装置、滚筒，托辊，拉紧装置机架，导料槽，清扫器，等组成。

4、结束语

极软岩煤矿“孤岛”综放工作面回采在全国尚属首次，由于没有经验可循，开采伊始由于两顺受采空区等综合压力联合作用，距工作面180米以内两顺的36U金属棚几乎全被压垮，巷道断面不足2㎡，人员需要爬行，设施设备被压住，通风断面严重不足，给生产带来了极大的困难，经过现场多次试验总结，成功地摸索出以上种种极软岩综放面“孤岛”回采管理综合技术，从而确保了原煤稳定、持续生产，并且降低了生产成本。该套综合管理技术填补了我国煤炭生产史上一项空白，也推进了我国极软岩综放面在“孤岛”回采方面技术的发展！

作者简介：

王宝权（1974-），男，工程师，2010年毕业于辽宁省工程技术大学采矿专业，现任小康煤矿生产科工程师。曾在各种刊物发表论文15篇。