综采工作面开采软岩保护层技术探讨

2020-05-29周昆鹏

山西化工 2020年2期

关键词：风巷软岩瓦斯

周昆鹏

(山西阳城阳泰集团西沟煤业有限公司，山西晋城 048105)

引言

该矿山采区10煤层地质条件较为复杂，加大了开采掘进过断层难度。对此，开采技术人员决定采用软岩层保护技术，全面控制瓦斯浓度，以促进矿山开采作业的正常运转。

1 工程概况

通过地质勘察可知，该工程与10煤层顶板间距约2.3 m，其中泥岩层厚度约5.1 m。且泥岩层的质地相对较软，可供压缩性较大，遇水后很容易因结构碰撞而出现崩解。不过顶板岩层结构则较为稳定，能够有效实施切割作业。经多次理论探究与模拟实验，开采技术人员决定在泥岩层上布置软岩保护层综采工作面，同时对8/9煤层进行卸压，以降低10煤层采区的瓦斯浓度，减小开采作业危险系数。

Ⅲ11岩层工作面贴近8/9煤层，间隔距离约59 m。经测量可知，瓦斯浓度为25 m3/t，残留瓦斯浓度为2 m3/t；下邻近10煤层，间隔距离23 m。根据上文可知，软岩工作面预设开采走向长度与倾向长度分别为860 m和104 m，综采工作面标高2.0 m。开采技术人员采用机械化采岩模式，单向下行割岩，沿推进方向顺移液压支架，并按照自上而下的顺利进行运输机推送。

2 软岩保护层综采工作面过断层技术分析

2.1 地质保障技术

1) 采区地质勘察工作

在进入开采区后，需要先对区域的地质结构及水文特征进行勘查，进而结合实际情况选择合适的探测手段。目前最常使用的探测方式有音频电透视、直流电法、地质雷达这三种。工作人员需要根据实际情况进行合理选择，准确掌握采区的地质结构条件与地下水文环境。

2) 勘察资料管理

现阶段地质勘查资料管理已逐渐向信息化管理的方向发展，这改善了原始资源转化作业的流程，提高了管理工作的效率和质量。

2.2 优化综采工作面设计，调整开采技术

1) 优化综采工作面设计，注重可操作性与经济性。Ⅲ11软岩工作面为全岩石开采，若预设开采长度与标高过大，会造成不必要的浪费，反之，预设开采长度与标高过小，则无法满足卸压操作需求。为此，开采技术人员需综合考量技术因素、环境因素、人为因素等，设定走向长度860 m，倾向长度104 m，综采工作面标高2.0 m。

2) 完善调整辅运系统。Ⅲ11软岩工作面风巷长度为1 005 m，最大陡坡坡度约为15°；机巷长度1 060 m，最大陡坡角度约为14°。由于材料运输、设备调度以及人员步行距离相对较大，所以在风巷和机巷位置上需要设置钢丝绳牵引单轨吊车，从而降低劳动强度。

3) 优化主系统，实现持续性运输。为了保证回采工作的顺利进行，可在老副井和新建井下设置矸石以优化井下排矸系统，并使用配套的辅助设施来加强排矸胶带化效果，避免回采过程中，矸石进入煤流主系统，影响回采作业质量，加剧资源浪费。

4) 优化机电维修模式。该矿山建立了综采设备管理平台与零配件供应系统，旨在提升机电设备维修时效性与准确性，满足掘进开采工作基本需求。

3 软岩保护层综采工作面过断层主导技术

3.1 综采工作面围岩加固技术

3.1.1 风巷与机巷围岩加固控制技术

1) 风巷与机巷支护。Ⅲ11岩石工作面机巷与风巷宽约24.6 m，高约3.5 m，净断面在14.50 m2左右。为了加强围岩结构的稳定性，在风巷和机巷位置中利用锚带网和注浆技术设置了合理的支护结构。

2) 风巷与机巷超前支护。风巷与机巷超前支护抹帽沿山棚方向支护，且间距控制在5 m～8 m。利用长2.4 m，直径约24 cm的半圆木，与液压单体支架相配合的方式，使顺山拉锁木棚。2个梁体与6个柱体搭配，与顶板破碎段棚据小于0.6 m。风巷与机巷超前20 m范围内支护，采用长2.4 m，直径约24 cm的半圆木，1个梁体，3个柱体的搭配，在巷道内支设一排对接挑棚。在水平应力、断层应力与超前应力等多方面因素的干预下，风巷与机巷的顶板和侧板的承载负荷强度不断加大[1]。由此，在回采过程中，锚喷巷道出现浆皮炸裂现象。为加强掘进开采安全性，开采技术人员需利用两排走向铰接顶梁挑棚支护，并采取动态化、精细化的管理模式，具体如图1所示。

图1 综采工作面过断层超前层位对接示意图

3.1.2 采场围岩加固控制技术

Ⅲ11软岩面采用机械化开采模式，并增设掩护式支护结构。围岩稳定性控制技术流程如下。

1) 处理采空区。在采空区顶板处理中，主要采用全部垮落法。在保证开采作业安全的前提下，先对两侧实施退锚处理，然后使用专业卸载工具回切顶柱[2]。

2) 综采工作面过断层。由于软岩层结构较为特殊，开采技术人员决定采用微差工艺与爆破法强行平推过断层。在此过程中，要严格控制工作面顶板与带压移架，确保综采面能够顺利通过断层。当软岩壁砂岩厚度低于1.4 m时，需要假设单排眼，而当其厚度高于1.4 m时，应布置三花眼。在掌握地质结构勘察资料的基础上，遵循少破岩、缩减断层暴露范围的基本原则，预先挑顶或刹底。且杜绝使用煤机强行截割[3-4]。

3.1.3 全方位动态监测整个开采流程

整个综采工作面共设置7个监测点位，风巷与机巷的监测点位的间隔距离为60 m。监测站内配备顶板离层仪与锚杆测力计，两类仪器设备呈十字交叉布置，主要用于全方位动态监测巷道顶板移动量、顶板离层量等方面。

3.2 液压支架选型与基础配套设备选型

1) 支架选型。经测量可知，该综采工作面的平均支护强度约为650 kN/m2，两柱掩护式支架荷载强度为0.89 MPa。可以满足矿压的基本要求。

2) 优选配套设备。软岩面泥岩层的密度与硬度条件相对较大，会产生截割现象，增大物料运载设备的负荷。对此，开采技术人员需选择性能优良的配套设备，从而减小材料损耗，降低设备故障率。

3) 选择适宜的设备配件。在软岩面回采过程中，基于经济性原则，株洲双力效益最高。但是，其与齿靴咬合较为紧密，所以加大了设备拆卸难度。安徽奥德又因为耐磨性能较差，在使用过程中需要频繁更换零部件设备。肯纳金属由于使用中存在不均匀磨损情况，很容易对齿靴造成不可逆的伤害。山特维克截齿耐用性较为突出，且便于检修，具有极大的应用价值[5]。