厚松散层薄基岩条件下厚煤层上分层开采技术探析

王明涛

(焦作煤业集团赵固(新乡)能源有限责任公司，河南 辉县 453634)

0 引言

赵固一矿位于新乡市西北方向，行政区域隶属河南省辉县市管辖。赵固井田西南以峪河断层(F20)为界，西北以耿村断层(F15)为界，东北以二1煤层隐伏露头为界，南以百泉断层(F17)为界。矿生产能力3.0 Mt/a，二1煤层厚度5.0～7.1 m，平均6.05 m，埋深大(多在500 m以上)，上覆松散层厚度较厚(平均480 m)，上覆基岩较薄，井田约2/3区域基岩厚度小于80 m。

矿井采用立井单水平盘区开拓方式，在F16断层南侧工业广场内布置主、副、风3个立井，井口标高+83.8 m，井底标高-525 m，井筒深616.8 m。沿F16断层煤柱两侧作两组倾斜煤层大巷，通过大巷直接开掘工作面上、下顺槽，实现全井田单翼盘区开采。西六盘区16051工作面采用走向长壁倾斜全部垮落式采煤方法、综采工艺。

1 16051工作面分析

1.1 工作面所处位置

16051工作面属于矿井的-525 m水平，位于矿井北翼，所属盘区为西六盘区，开采煤层为二1煤层，该煤层顶板标高为-414.1～-464.4 m。对应地面位置标高为+84.7～+86.4 m，该工作面地表东为大麻村(保护等级为Ⅲ级)、西为谷驼村(保护等级为Ⅲ级)，南为赵固一矿铁路(Ⅳ级铁路，保护等级为Ⅳ级)和高压线路(输电电压为110kV，保护等级为Ⅳ级)。该工作面井下位置及四邻采掘情况为：北为F15断层，西为16041工作面和实体煤，东为未掘进的16061工作面，南为北翼回风大巷(东)、北翼轨道运输大巷(东)、北翼胶带运输大巷(东)和F16断层。16051上、下顺槽及切眼长度分别为1 935.31 m、1 962.46 m、150 m。该工作面回采长度为1 707.5 m，宽为145 m，平面积为247 587.5 m2。

1.2 16051工作面地质条件

16051工作面地质构造较复杂，根据16041上顺槽掘进期间实际揭露地质资料及三维地震资料显示：预计该工作面将揭露3条断层D201、D202和D211断层。

16051工作面中南部存在一条背斜—B1背斜：背斜轴走向为NWW—NNW，背斜在该工作面内的延伸长度约223 m，背斜的北翼产状为58°∠2°，背斜的南翼产状为171°∠4°。

无岩浆岩体、冲刷带、陷落柱等异常地质构造。

顶板基岩：二1煤层向上0～4 m为泥岩；4～16 m为砂岩；16～26 m为砂质泥岩；26～43 m为砂岩；43～46 m为铝质泥岩；铝质泥岩上覆为基岩风化带和第四系、新近系的松散地层。

1.3 16051工作面含水层分析

16051工作面底板含水层主要有：L8、L2和O2灰岩含水层。其中，L2和O2灰岩含水层距离16051工作面煤层底板较远，正常情况对16051工作面没有影响，断裂沟通情况下对该工作面威胁大。

16051工作面煤层顶板之上的含水层主要包括：第四系含水层；新近系中、底部砂、砾石含水层；基岩风化带含水层和二1煤层顶板砂岩含水层。该工作面第四系和新近系的松散地层厚度为459.30～502.70 m，平均481.0 m，中部有隔水性能良好且厚度大的黏土和砂质黏土层，因此浅水对该工作面充水无直接影响；新近系底部绝大部分区域为厚层黏土层，局部为薄层砂砾层，为弱富水性含水层，对该工作面充水影响有限；风化带含水层为弱富水性，对该工作面充水影响有限；二1煤顶板砂岩含水层为弱富水性，对该工作面充水影响有限。

1.4 16051工作面其他条件

瓦斯地质：16051工作面原始瓦斯含量为1.44～3.07 m3/t，最大瓦斯压力为0.26 MPa，无煤与瓦斯突出危险。

煤尘爆炸性及煤的自燃倾向：16051工作面的二1煤层煤尘无爆炸性，二1煤层自燃倾向性等级为Ⅲ类，属不易自燃煤层。

地温及地压情况：16051工作面内地温正常，无热害影响；地压较大，无冲击地压。

2 16051工作面采煤技术

2.1 巷道支护

16051上、下顺槽、切眼及工作面联络巷(含钻场)支护形式采用锚网索+槽钢梁支护，考虑巷道收缩变形及综采设备通过尺寸，确定16051上顺槽及下顺槽里段巷道规格为宽×高=5 m×3.2 m(净断面)，16051下顺槽外段巷道规格为宽×高=5.4 m×3.2 m(净断面)，16051切眼规格为宽×高=7.5 m×3.2 m(净断面)，16051工作面联络巷及16051上、下顺槽风眼巷道规格为宽×高=4.5 m×3.2 m(净断面)。

2.2 采煤工艺

16051工作面采用走向长壁采煤法，综合机械化采煤工艺，沿煤层顶板回采。工作面采用MG400/930-WD3型采煤机破煤；SGZ800/800型刮板输送机、SZZ800/250型转载机、1部DSJ-100/80/2×75型带式输送机及1部DSJ-100/80/2×200型可伸缩带式输送机运煤；77架ZF18000/21/38D型中间架、6架ZFG18000/27/40HD(A)、2架ZFG18000/27/40HD(B)型过渡架支护工作面顶板，辅以锚索槽钢梁配支护工作面两端头和两顺槽超前段；全部垮落法处理采空区。

2.3 确定采高和循环进度

《赵固矿区薄基岩下煤层开采若干规定》防砂煤(岩)柱留设要求：在煤层顶板基岩厚度大于52 m区域可以采高不大于6.3 m；在基岩厚度42～52 m区域采高不大于4.5 m；在基岩厚度36～42 m采高不超过3.2 m；在基岩厚度30～36 m区域仅能开采一层，且采高不大于3.0 m。根据ZF18000/21/38D型液压支架、ZFG18000/27/40HD(A)型过渡支架、ZFG18000/27/40HD(B)过渡支架支撑高度和MG400/930-WD3型交流电牵引采煤机采高范围、截深，确定该工作面采高为3.2 m，循环进度为0.8 m。

3 具体采煤工艺流程

1)工艺顺序：破煤—装煤—运煤—拉液压架—推移刮板输送机—架后铺网。

2)进刀方式：采煤机采取端部斜切进刀，进刀段长度应不小于30 m，前滚筒割顶煤，后滚筒割底煤双向割煤，一个循环推进度1.6 m。

3)装煤、运煤：采煤机破煤后，煤炭落刮板输送机进行运送，人工清理架前浮煤，后经转载机、破碎机、胶带输送机将原煤运出。

4)移架。①移架前，支架工必须对支架的各个部位，特别是容易出故障的部位进行认真仔细的检查，检查支架管路部件是否完好以及管线是否受挤压，支架是否咬架、倒架，发现问题及时处理。②移架过程中应密切观察所移支架与相邻支架的间隙，顶梁、掩护梁的错差，防止出现咬架现象，随时调整支架的歪斜与偏差，防止出现歪架、倒架现象。③移架后步距与采煤机截深相等；支架方向垂直于煤壁，防止移架过程中歪斜；支架间距严密，不留空隙，严防漏矸；支架初撑力不低于24 MPa；前梁、顶梁、底座应支平，严防支架低头。

5)推移刮板输送机：推移前，应对本架推移位置的各个部位及管线进行认真全面检查，以防止挤坏零件或电缆管线，将煤墙顺直，找平底板，装净底煤，使输送机达到平、直、稳、正、牢的要求。推移时，其弯曲长度10～15 m，不准有急弯，移输送机机头和机尾时必须距采煤机后滚筒15 m，输送机机头机尾必须一次移够步距。推机头、机尾时，必须先将机头、机尾和过渡槽处的浮煤杂物清理干净，以防机头、机尾飘起，损坏过渡槽。推移刮板输送机后，应保持刮板输送机成直线。

6)架后铺网：网片采用矿用塑料拉伸网，规格为1 500 mm×3 000 mm，铺设方法采用人工架后铺、联网。铺设要求为：①铺网时要求将网铺平铺展。②网片长边对长边、短边对短边搭接，搭接长度不小于50 mm，再用塑料假顶带或联网绳将网边逐孔穿接。③工作面铺设一趟静压水管，每架设置1个三通阀门，在上一趟支架拉移过后至下一趟支架拉移前对工作面老巷垮落的矸石进行注水，平均每架注水时间不少于20 s。④初采时，工作面直接顶充分垮落后开始第一次铺网，铺网两端自上顺槽西帮至下顺槽西帮煤墙。

4 安全技术措施

1)工作面开采前采用槽波、坑透等物探方法查明工作面及外围30 m范围的构造发育情况；采用瞬变电磁、直流电法或音频电透视法等物探方法查明工作面及外围30 m范围冲积层底部含水层的赋水情况。

2)物探结束后采用钻探方法予以验证。在构造破碎带、基岩面起伏较大等的特殊区域内按照基岩与冲积层交界面50 m×50 m网格钻孔间距探查基岩层厚度和冲积层底部含水含砂层的赋水、赋砂情况，其他区域按照基岩与冲积层交界面100 m×100 m网格钻孔间距探查；顶板探查孔控制到工作面及外围30 m平面范围。

3)当工作面及外侧30 m范围内存在构造破碎带时，对构造破碎带进行注浆加固，钻孔网格间距不大于30 m×30 m，注浆加固的垂直厚度不得小于40 m。

4)回采工作面顶板探查治理合格的标准：工作面顶板探查钻孔的涌水量小于1 m3/h或疏放、注浆后检查孔的涌水量小于1 m3/h；工作面顶板探查钻孔无流砂或注浆固砂后的检查孔无流砂；构造破碎带及顶板注浆加固须采用纯水泥浆或水泥水玻璃双液浆，注浆结束终压须大于受注含水层静水压力2 MPa，注浆结束前的注浆泵量不得大于60 L/min。

5 效果分析

赵固一矿是焦煤集团乃至河南能源集团的主力生产矿井，其安全高效开采关系到国家能源保障、企业盈亏、职工收入等重大社会问题。16051工作面是典型的厚松散层薄基岩下开采，产量达到14万t，利润120元/t，工作面顺利回采完毕。该工作面的安全回采，为厚松散层薄基岩条件下安全回采提供了方案，为综采工艺积累了一定的经验。该技术可解放薄基岩下压煤量，提高矿井资源回收率，延长矿井服务年限，进一步提升薄基岩下安全开采技术水平，具有广阔的推广应用前景。