急倾斜厚煤层复杂构造段综采技术研究

2021-11-27丁正付周忠国刘建文志祥刘治华

中国科技纵横 2021年9期

丁正付周忠国刘建文志祥刘治华

（四川省华蓥山煤业股份有限公司绿水洞煤矿，四川华蓥 638600）

0.引言

随着矿井开采深度不断增加，煤层赋存条件越来越恶劣，地质条件愈加复杂，煤层厚度变化大、煤层倾角急剧增大、煤层松软，对综合机械化开采提出了更高的要求[1-4]。因复杂地质构造段连续交替存在，直接放弃有复杂的地质构造段煤层回采虽能满足安全需要，但无法提供相应的技术储备，不能为后期的煤矿开采提供很好的蓝本，且在丢弃煤炭资源后将引起采掘接替困难，甚至造成采掘失调，虽能加快推进速度并确保安全，但是浪费煤炭资源严重、经济效益低、整体开采成本过高，与安全高产高效矿井不相符，加之造成国有资产浪费，与国家煤炭开采政策不符，在保证资源不丢失的情况下加快推进速度更有利于效率及效益的最大化。对急倾斜厚煤层综采工作面松软突出煤层地段快速治理显得极为重要。

1.试验工作面概况

3251南采煤工作面机巷长913m，风巷长900m，回采平均长906.5m，工作面最大倾斜长208.4m，工作面最小倾斜长148.0m，平均倾斜长176m。煤层最大倾角52°，最小倾角40°，平均倾角46°，煤层实际倾斜面积145256.81m2，地质储量55.43万吨，可采储量52.65万吨。本工作面煤层为半暗半亮型焦煤、焦肥煤，平均厚度为2.65m，呈玻璃光泽，硬度系数1～1.5。煤层中含夹矸2～4层，其中部有一层厚度在0.07m左右的高岭石夹矸，赋存稳定，分布广泛，为煤层的标志层，其上部有一层厚度及岩性变化较大的夹矸层，其厚度为0～0.7m，该层以0.5m为界将煤层分割为分叉区域（＞0.5m）和合层区域（＜0.5m），分叉区域呈条带状分布。本工作面分岔情况：机巷回采至1174m（距3251北切眼）后进入分岔煤层，分岔带走向长度约555m，风巷回采至1260m（距3251北切眼）后工作面进入分岔煤层中回采，分岔长度约304m，分岔厚度0.5～2.5m，岩性为泥岩、沙质泥岩；工作面回采1729m（距3251北切眼）后全部进入合层中回采至工作面回采结束。

2.方案选择

不重新施工开切眼，工作面继续向南回采复杂地质构造段，可采走向长度约300m（约17万t）煤炭资源。利用现有综采设备连续回采，减少开切眼布置，在复杂地质构造段适当降低工作面采高，并对于松软煤层段增加支架下部的枕木充填，配合综采工艺的调整，控制工作面俯伪斜状态，确保项目的安全、顺利回采，此时回采的煤炭从3251南机巷运至3251南下煤立眼下放至325大巷皮带上，再运输至325煤仓。如此回采时，回采过程中将受煤层增厚的制约。

3.关键技术

3.1 急倾斜厚煤层综采工作面煤层加固

通过对3251南工作面煤层赋存进行分析，制定专项措施并准备好垫底材料，通过对采高控制、工作面俯伪斜量控制、液压支架摆尾量控制，减少工作面片帮飞矸量，确保工作面正常回采；对煤层松软段采用预抽，以减少煤层松软程度，并对局部煤层松软地段采取注浆加固，以确保工作面的正常回采。

3.2 急倾斜厚煤层复杂构造段回采

一是留底煤开采，严格控制采高和工作面用水，严防底板或底煤滑移造成采高失控；二是增加柱帽，确保支架能够达到最大支撑高度；三是加强工作面排架，严控支架、刮板输送机下滑，加强综采配套设备检修和维护，及时处理漏窜；四是使用矿压在线监测系统，实施实时在线监测，确保支架初撑力合格。经过对工作面支架大修、更换新采煤机及桥转，将原急倾斜支撑掩护式液压支架进行检修，完善支架功能，对端头液压支架进行修改设计，增加架前挡矸板高度与宽度，满足防撞及防窜矸要求，使其与采煤机、刮板输送机配套（建议后期的端头液压支架增大立柱的直径与长度，确保支架顶梁能够满足接顶要求，同时加大加强挡矸板的厚度，满足防撞要求）。回采时沿上分层煤层顶板推进，留部分下分层开采，严格控制采高，其高度不得大于3.0m，尽量控制在2.8m。为防止工作面采高超高，需在推进过程中采用千斤顶提溜子，若遇下分层煤矸滑落，则需在溜子及支架底座下方垫木料进行充填，以确保支架接顶。为防止工作面溜子、支架下滑，工作面需加强排架和排溜工作。调整好机风巷超前关系，实行俯伪斜开采，风巷超前机巷5m～8m。机巷高帮锚棚支架腿子提前采用φ=16mm，L=1800mm涨壳锚杆加托板在肩窝往下100mm位置施工固定腿子，且回采时保留腿子，若遇支架及溜子下滑严重，可适当调整机风巷超前关系，以稳固采高范围下方的煤矸，防止其滑落。为防止局部地方或个别支架无法接顶，需提前给所有支架安装好立柱柱帽，备齐阀片等。控制采煤机防尘水量，并尽量减少工作面液压支架的漏液，严禁用水冲架前浮煤，防止水侵蚀导致底煤无法留住。架前浮煤采用人工清收。

若工作面液压支架下方发生推底时，采用以下方式处理：采用锚链和液压缸配单体支柱将推底段支架由上往下逐架调正，并将支架底座提起来，以便支架能前移与推移。使用单体液压支柱配合移架时，单体支柱上端头抵在处理当架支架后柱如探梁凹处，支柱尾部抵在下一架三连杆凹处，再用铁丝等将液压枪手把注入支柱三用阀并捆绑处于注液状态，枪管另一端接入上一架支架的阀片上（此时严禁注液并专人看管），看安全人员（发令人员）站在处理当架支架以下第二架支架后腔的安全地点，上方操作人员全部撤至上一架支架以上后发令缓慢拉架，单体液压支柱必须系好双防倒绳，支架间侧护板必须接触严实，防止架间掉矸。加强该段支架的排架工作，支架间必须使用好侧护、底调和防倒防滑缸，不得出现背架、挤架、倒架，架间不得空顶，若架间距离超过100mm时，必须在该空隙的两架支架侧护板间增加锚网防止漏矸，锚网前端固定在架前挡矸门上，后端固定在后立柱上，上下两侧分别固定在上下两架支架上，每侧固定点不得少于2处，每处与支架必须捆绑牢固，架间挡矸门与架前挡矸门之间的空隙采用挡矸皮带（或锚网）进行挡矸，皮带（或锚网）上端吊挂在支架前探梁上，固定点不少于3处，下端固定在支架推溜框架上。

3.3 急倾斜厚煤层综采工作面采空区防灭火

一是调整风量，减少采空区漏风。二是采取主动防灭火管理，清理浮煤矸、对底板采用洒生石灰等措施阻止煤炭自燃。三是对采空区顶板进行放顶管理，减少采空区浮煤矸与空气接触空间。四是往采空区注氮管理，减少采空区空气中的氧气浓度，防止其自燃发生。五是采用防灭火监控系统，对采空区煤炭自燃情况进行实时监测。

4.实施效果

急倾斜厚煤层复杂构造段综采技术研究在3251南采煤工作面推过煤层复杂构造段取得了良好的效果，采用俯伪斜开采解决了工作面片帮飞矸的问题、顶板支护问题，得出俯伪斜角度与工作面机风巷超前量的合理参数；液压支架向下摆尾能有效控制支架、刮板输送机下滑；采用预抽煤层瓦斯可以减少煤炭松软以防止推底；采用束管监测系统可以通过分析采空区气体监测煤炭自燃、采用洒生石灰可以阻止煤炭自燃、采用注氮防止煤炭自燃；综采工作面过急倾斜厚煤层复杂构造段关键技术在3251南采煤工作面得到很好实践和验证。