8102 特厚煤层综放孤岛工作面快速停采实践

2022-07-14陈建伟

山东煤炭科技 2022年6期

陈建伟

（马道头煤业有限责任公司，山西大同 037100）

大同矿区特厚煤层综放工作面快速停采施工一直以来都是一项技术难题。由于煤层厚度大，夹矸层数多，受火成岩侵入严重，煤顶完整性较差，且设备选型大，需要扩机道跨度大，造成停采支护困难。传统的停采多以“锚索+锚杆+钢带+钢梁+金属网”联合支护形式，停采用工多，耗费材料多，效果和效率都较差[1-2]。本文以同忻矿C3-5#层煤层开采为研究对象，以往10 个综放工作面平均长度212.2 m，支架数量平均为125 架，平均停采用时17.6 d，整体效率偏低。本次以同忻8102 综放孤岛工作面为例，进行停采方案优化研究与实践。

1 工程概况

8102 工作面开采煤层为C3-5#煤层，平均厚度14 m。煤种以1/3 焦煤为主，内生裂隙发育，为条带状结构。煤层倾角为3°～5°，煤层中含7 层夹矸，夹矸总厚度为2.4 m。工作面可采走向长1400 m，倾向长251 m，共布置ZF21000/27.5/42D 型放顶煤支架147 架。巷道布置形式为“U+I”型，即进风巷、回风巷、顶板高抽巷。8102 工作面两侧与8101、8103 工作面采空区相邻，区段煤柱为6 m，属于小煤柱孤岛工作面，详见图1。

图1 工作面巷道布置图

2 停采方案设计与实施

2.1 准确选择停采位置

停采位置选择至关重要，在停采位置选择上对以下几个重点方面进行提前考虑和分析。

（1）保证停采位置附近无地质构造影响

地测科通过分析钻孔、现场以及之前的探测资料得出8102工作面停采位置1400 m附近无地质构造。

（2）保证停采位置不受应力叠加影响

根据四邻关系及上覆层间对照关系，8102 工作面在1400 m 停采位置附近无上覆煤柱影响；进风巷也已进入实煤区，不受8101 采空区侧向支承压力影响；回风巷在1400 m 采位仍然受8103 采空区侧向支承压力影响，同时受回风巷的回风绕道以及顶抽巷位置影响，1400 m 位置已经是最终位置，无法再往后推迟。

（3）要避开周期来压影响

在停采过程中，为保证支护期间顶板完整，尽量避开在支护期间（尤其扩刷机道期间）遇上周期来压。因此对8102 工作面周期来压步距进行统计分析：正常推进阶段（头～1085 m）：最大来压步距为38 m，最小来压步距为15 m，平均来压步距为26 m。推进缓慢阶段（1085～1370 m）：最大来压步距为28 m，最小来压步距为15 m，平均来压步距为21 m。通过对8102 工作面周期来压分析，大小步距分布情况及来压强度无明显规律可寻，为尽量避开周期来压（放慢推进度后，步距为15～18 m 分布居多），以最小步距15 m 去分析矿压情况较为可靠。因此综合考虑，确定8102 工作面步距为：（26+21+15）÷3 ≈20 m，根据以往经验末采期间不放煤后，步距还会加长。

8102 工作面按20 m 周期来压步距计算（即一般割27 刀为一次周期来压循环步距）。通过现场观察和统计，每次周期来压循环可以分为三个部分：持续压力区（一般为10 刀左右）；顶板完整区（一般为12 刀左右）；顶板恶化区（一般为5 刀左右）。8102 工作面铺网距离为18 m，即工作面自上网后需推进24 刀将工作面机道扩刷完毕，（24 刀中工作面自上网先推12 刀，这12 刀只进行挂网，不进行任何支护；第13 刀～24 刀，每割1 刀或者2 刀均需要进行支护）。如果遇到强烈的周期来压，计划从采位1365 m，待顶板来压后，往前推进3～5 刀，顶板稳定后，第一时间上网，将无支护铺网在主顶梁上，有支护铺网放在机道上。

2.2 优化停采支护方案

同忻矿已回采工作面的停采方案和设计，投入的材料多，支护时间长，支护速度慢。此次对8102工作面停采方案进行了多次讨论，在保证安全的前提下，优化支护设计，降低支护强度，加快工作面的快速停采。方案主要对支架主顶梁支护进行优化，由原来的四排“8.3 m 锚索+三眼工字钢”和一排“2.8 m 锚杆+五眼钢带”优化为两排“6.3 m 锚索+两眼工字钢”和一排铅丝吊挂无支护的工字钢。整体支护上减少了73 根3.8 m 工字钢，减少786 根8.3 m 锚索，减少584 根2.8 m 锚杆，也增加了一部分钢丝绳和6.3 m 锚索。整体从锚索长度、锚索数量及部分锚杆进行优化，优化保证了8102 工作面在停采期间快速支护和推进，保证停采期间顶板完整、无离层。

2.3 加强劳动组织保障

加快停采关键在于加强停采支护的劳动组织。工作面共布置147 个支架，施工6 排支护，每排支护钢梁和钢带的数量为73 根。为保证施工进度，每台钻安排3 人为一个施工小组，共需人数为42人，另外安排6 名熟练工作为机动人员，同时安排10 人进行运料，共计每班施工人数为58 人。为保证14 台风钻能够同时施工，自回风巷再铺设一趟Φ159 mm 风管，保证头尾各有一趟风管，每趟风管给7 台风钻供风，基本能满足生产需要。工作面除正常使用的14 台钻外，另外再备用3 台钻，并提前准备好PVC 管、梯子、木板、短锚索、道木等备用材料。

2.4 加强末采期间设备管理

机电事故是影响末采时间的重要因素，严重制约工作面正常推进和停采支护工作开展，特别是在工作面来压顶板破碎或发生离层支护困难的情况下，更易导致工作面现场管理难度加大、安全风险增加。因此，在末采期间要加强对设备的检修和维护，按照设备的运行状态及时检修，由过去被动的处理事故转变为主动预防事故。

2.5 加强末采期间工程质量管理

末采期间的工程质量直接影响着工作面后期的安全回撤工作，因此工程质量管理要比平时要求更加严格，要确保工作面三直两平、扩刷机道高度达到回撤规定要求、支架初撑力合格率100%等，力求做到停采期间工作面标准化动态达标。

3 现场应用效果

（1）8102 工作面原定需要17 d 完成停采支护，而实际优化后仅用12 d完成停采支护，节约时间5 d。

（2）停采期间一共节省费用70.6 万元，主要为材料费用和人工费用。材料费用减少73 根3.8 m工字钢（费用104 533 元），减少786 根8.3 m 锚索（费用310 863 元），减少584 根2.8 m 锚杆（费用141 912 元），增加7000 m5′钢丝绳（12 根横向、147根纵向）（费用77 000 元），增加232 根6.3 m 锚索（费用74 588 元），本次快速停采主要节省材料费用共计约40.6 万元。人工费用根据以往停采支护用工节约时间5 d，按照每日早班+夜班共计120人计算，每工500 元/天，共计节约人工费用约30万元。