同忻煤矿开采技术条件与采掘工艺研究

岳 勃

（同煤国电同忻煤矿有限公司，山西 大同 037001）

同忻煤矿2207 巷位于二盘区中部，北部为西8101 工作面，已采空；南部为二盘区盘区大巷；西部为实煤区；东部为二盘区8207 顶抽巷、5207 巷；上覆为同家梁矿及永定庄矿侏罗系各可采煤层采空区。2207 巷道布置在3～5#煤层中，从二盘区皮带巷帮起算煤层厚度约22.0 m，至1400 m 处煤厚逐渐变薄为14.0 m 左右，之后至切眼位置煤层厚度逐渐增厚为22.0 m，煤层赋存较稳定。由于2207 综采面所处区域四周采空区分布范围广，造成在综采作业时该综采面巷道顶板和围岩的稳定性差，在进行掘进和支护时均需要进行大量的补强支护，不仅极大地提升了井下巷道的支护成本，而且也严重拖累了井下采掘效率的提升。

在对2207 巷开采技术条件进行调查的基础上，提出了一种新的采掘工艺技术，采用全新的自移式临时支护方案，有效地提升了掘进效率、支护效率和安全性。目前该方案已经在同忻煤矿得到了广泛的应用，取得了极好的应用效果。

1 开采技术条件

2207 巷从二盘区皮带巷帮起算往前1400 m 左右将遇一落差5.0 m、倾角89°的正断层。巷道的顶板为含砾粗砂岩，岩层厚度为14 m，抗压强度约为35.07 MPa，抗拉强度约为1.49 MPa。巷道的直接顶为砂质泥岩和灰质泥岩混合体，厚度约为1.3 m，岩层抗压强度约为44.79 MPa，抗拉强度约为2.39 MPa；巷道的基本底为高岭质泥岩，厚度为3.98 m；直接底为砂质泥岩，厚度为1.64 m。该巷道内煤层平均厚度约为20.12 m，巷道内煤层的倾角约为2°，瓦斯的相对涌出量约为0.5～2.5 m3/min，粉尘爆炸指数约为50.67%。综合2207 巷井下实际地质条件，该巷道为典型的复杂开采工况，需根据井下实际情况针对性地提供开采技术条件。

针对巷道顶板和底板岩层分布结构相对简单、巷道结构稳定性差的情况，现有的串联式一次爆破方案易导致连续性垮塌，影响后续的清理效率和安全性，提出了串并联顺序炮掘工艺方案，实现了脆弱、复杂地形条件下的稳定爆破。针对传统连续补强支护效率低、支护成本高的缺陷，在多次试验验证的基础上提出了自移式临时支护方案，满足了特殊地形条件下快速、安全支护的需求。

2 串并联顺序炮掘工艺

针对2207 巷井下特殊情况，提出了串并联顺序炮掘工艺方案[1]，其工艺流程为：安全检查→打眼→装药→联线→放炮→通风防尘→临时支护→顶板永久支护→出渣→帮部永久支护。

凿岩采用YT-28 型风动凿岩机，六棱中空钢钻杆（钻杆Φ25 mm），配“一字型”合金钢钻头钻进（钻头Φ42 mm），可满足不同地质条件下的钻进稳定性需求。炮眼的布置顺序及装药量见表1。

表1 炮眼布置顺序及装药量统计表

爆破装药结构如图1[2]。

图1 炮眼装药结构示意图

在掘进作业过程中采用湿式打眼、水炮泥定炮、爆破前后冲刷巷帮、爆破时开放水幕的防尘方案，降低在钻孔、爆破过程中的粉尘浓度。钻进有水时要使用防水套，以免受潮拒爆。

巷道爆破采取分次装药、分次起爆的爆破作业方法。装药结构采用正向连续柱状装药，装药时要小心将药卷用炮棍送到眼底，不得装错雷管段号，不得弄断雷管脚线。在爆破时，采用煤矿许用三级粉状乳化炸药，1-5 段毫秒延期雷管，MFB200 型矿用发爆器起爆，双铜芯胶质放炮母线，展开长度不小于100 m。该炮掘工艺方案具有掘进速度快、爆破效果好的优点，一次爆破合格率达到了87.6%，比优化前提升了4.6%。

3 自动临时支护

为了确保2207 巷特殊地质条件下的支护稳定性，提出了自移式临时支护设备，在确保支护安全的情况下大幅提升了临时支护效率和自动化程度。该自移式临时支护设备整体结构如图2 所示。

图2 2207 巷井自移式临时支护设备结构示意图

由图2 可知，该自移式临时支护设备主要由两种类别的支架及侧帮支护结构和顶梁构成。两种支架彼此配合使用，能够根据井下综采面的实际情况灵活地调整支护体的结构，满足支护便捷性和可靠性的需求。临时支护结构呈下扣的“凹”型，中间的空间供作业人员进行井下通过或者物料运输。支架均由高度可调节的支撑油缸构成，能够根据井下的实际情况灵活地调整支护高度。顶梁采用了“X”型支护结构，能够根据支护装置的布局灵活地调整顶板支护面积，确保支护的可靠性。

该自移式临时支护设备能够根据井下综采作业的进度同步进行作业，不仅实现了同步支护，而且能够极大地提升井下支护效率。根据2207 巷的实际应用表明，采用新的自动支护方案后，支护效率比优化前提升了17.2%，支护成本比优化前降低了27.6%。永久支护结构如图2。

根据2207 巷优化前后的掘进效果对比，优化后采掘工艺方案能够将采掘效率提升14.1%以上且巷道稳定性得到了显著的提升，目前已经在同忻矿得到了广泛的应用。

4 结论

针对同忻矿井下煤炭采掘效率低下、经济性差的情况，在对井下开采技术条件进行充分分析的基础上，提出了一种新的采掘工艺技术，采用了全新的炮掘工艺流程及自移式临时支护方案，根据在同忻煤矿的实际应用表明：

（1）串并联顺序炮掘工艺方案具有爆破速度快、爆破效果好的优点，一次爆破合格率达到了87.6%，比优化前提升了4.6%。

（2）自移式临时支护方案能够有效地解决传统补强支护效率低、支护成本高的问题，支护效率比优化前提升了17.2%，支护成本比优化前降低了27.6%。

（3）优化后采掘工艺方案能够将采掘效率提升14.1%以上且巷道稳定性得到了显著的提升，具有极大的应用推广价值。