李東明,劉 龍,崔文朋

(大屯煤電公司安全監(jiān)察部,江蘇 徐州 221611)

1 概述

孔莊礦I5西采區(qū)共有兩層可采煤，煤層傾角約為25°， 7號(hào)煤厚約5m，8號(hào)煤厚約3m，其中有3條偽斜正斷層，左部F21∠70°,落差10～30m，中部Fe4∠70°落差12m，右部Fe3∠55°落差13 m。Fe21至Fe4斷層最寬走向長(zhǎng)215m，F(xiàn)e4至Fe3最寬走向長(zhǎng)157m，已知在左塊段有兩條偽斜正斷層為Fe5∠70°落差6m和Fe6∠70°落差2.8m，伴隨落差小于2m的小斷層將非常發(fā)育，造成頂板裂隙發(fā)育，破碎，易冒落，較難維護(hù)。

2 回采方式選擇及優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 回采方式選擇

I5采區(qū)西部被較發(fā)育的斷層自然沿走向偽斜斷分為較短小的區(qū)塊，因此以3條斷層分為自然的兩個(gè)傾向塊段，煤層傾角在25°以上，每個(gè)區(qū)段中落差在6m以下的小斷層非常發(fā)育，無(wú)法沿傾向布置機(jī)采面；沿走向布置炮采，在斷層邊界還要留設(shè)保安煤柱，走向區(qū)段內(nèi)在過(guò)2m以上斷層時(shí)，溜子要保持一定的直線度，勢(shì)必造成斷層區(qū)域破頂?shù)讕r石，使斷層帶丟失斷層帶三角煤。因此，為最大限度的回收斷層帶煤及邊角煤，I5采區(qū)選擇水采[1-3]。

2.2 工作面優(yōu)化設(shè)計(jì)

I5采區(qū)7號(hào)、8號(hào)煤層間距6.5m左右，同時(shí)Fe4斷層將左上部8號(hào)煤抬升至與右部7號(hào)煤接近同層的水平，從煤層地質(zhì)賦存情況看，走向短，傾向長(zhǎng)。因此將該工作面按傾向劃分為幾個(gè)區(qū)段，區(qū)段斜長(zhǎng)一般在120～150m之間，根據(jù)回采眼的維護(hù)狀況可適當(dāng)加長(zhǎng)或縮短，若維護(hù)困難可縮到60～80m，為了運(yùn)料方便及從安全出口考慮，將該工作面傾向以三甩、二甩為自然分界，將該面分為三個(gè)區(qū)段，由于該工作面為偽斜條帶狀，上部區(qū)段傾長(zhǎng)達(dá)200多m，考慮在上段中部再考慮打一條輔助中間巷。因此，本工作面采用走向短壁小階段布置方式，由上往下4～9個(gè)小階段聯(lián)合推進(jìn)，依次相錯(cuò)兩個(gè)移槍步距，采用高壓水射流落煤，一次采全高，全部垮落法管理頂板[4]。

回采巷間距及水采區(qū)的傾斜長(zhǎng)度?；夭上镏g的煤體(煤垛)穩(wěn)定與否直接影響到巷道的維護(hù)狀態(tài)，若受采動(dòng)影響后煤垛仍能保持穩(wěn)定狀態(tài)，則巷道容易維護(hù)，且有利于在頂板垮落前采凈煤垛，保證回采率的提高，反之則難維護(hù)，大量丟失煤炭資源。由水采巷道礦壓顯現(xiàn)特征知，巷道與采場(chǎng)間距變化，其變形速度與維護(hù)狀態(tài)將發(fā)生明顯變化。一般巷道間距愈小，回采巷受到相鄰工作面和本工作面采動(dòng)影響的程度也愈大。適當(dāng)加大巷道間距可以縮小煤體的壓裂范圍，增加煤垛的穩(wěn)定性，改善頂板及巷道的維護(hù)狀態(tài)，減少掘進(jìn)率，提高水采區(qū)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。因此通過(guò)對(duì)水采巷道礦壓顯現(xiàn)規(guī)律進(jìn)行觀察研究(表1)，使采動(dòng)應(yīng)力盡量少出現(xiàn)疊加，以便有更多的時(shí)間在頂板未跨落前，沖采更多的煤垛。

煤垛最終沖采角。合理的最終沖采角既要保證垛內(nèi)煤水能通暢外流，又要減少三角煤呆滯煤量提高回采率，最終沖采角過(guò)大時(shí)，易造成煤水外流不暢，過(guò)小時(shí)會(huì)造成三角煤呆滯煤量的增加，根據(jù)孔莊礦多年的實(shí)踐及煤體中硬、頂板易碎的特點(diǎn)，較適宜的最大沖采角取65°～75°。

為防止槍前從回采巷道采空區(qū)竄入的矸石壓埋水槍，最小移槍步距應(yīng)大于采空區(qū)矸石的竄下距離，其最小移槍步距為：

X=h[cot(β-ω)-tanω]

=2.2[cot(45-25)-tan25]=5.02

式中：h為巷道高度，m；β為冒落矸石自然安息角45°；ω為煤層傾角。

故理論最小移槍步距為5.02。

煤垛的最大允許長(zhǎng)度一般以最小移槍步距和最終沖采角為基礎(chǔ)，按最大沖采距離等于或略小于水槍有效射程以及煤垛面積應(yīng)略小于頂板允許暴露面積的原則確定。最大沖采距離理論計(jì)算為：

=21.09

式中：Y為移槍步距8m；X為最大沖采寬度15m；θ為最大沖采角70°；m為煤層厚度5.14m；b為槍高0.5m；a為噴嘴到煤墻的距離0.2m。

在多個(gè)工作面保持一定錯(cuò)距依次沖采時(shí)，巷道勢(shì)必受到多個(gè)工作面采動(dòng)的綜合影響。由上分析知，巷道受到的影響主要來(lái)自相鄰及本工作面的采動(dòng)影響，且相鄰上方工作面采動(dòng)影響以滯后采面15～20m時(shí)為最大。顯然上、下相鄰工作面保持15～20m錯(cuò)距依次推進(jìn)，則巷道圍巖變形勢(shì)必達(dá)最大。若增大工作面錯(cuò)距，相鄰面之間雖然避開采動(dòng)影響劇烈區(qū)的疊加，但巷道受上方采動(dòng)影響時(shí)間增大，同時(shí)沒有避開相鄰采面采動(dòng)影響劇烈區(qū)的擾動(dòng)，因此增大工作面錯(cuò)距對(duì)巷道維護(hù)并不利。若縮小工作面之間錯(cuò)距，不僅能避開相鄰采面之間采動(dòng)影響劇烈區(qū)的疊加，同時(shí)減少了相鄰采面之間采動(dòng)影響的時(shí)間，使巷道圍巖變形趨于緩和，移近量大為降低，有利于改善巷道的維護(hù)狀態(tài)。因此，在生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)嚴(yán)格控制各采垛的開采順序，準(zhǔn)確確定沖采位置，避免工作面之間的錯(cuò)距加大。

3 工作性試驗(yàn)

3.1 工業(yè)性實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)表

工業(yè)性實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 工業(yè)性實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

3.2 工業(yè)性實(shí)驗(yàn)分析

從理論計(jì)算與工業(yè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比[5-6]，理論最大沖采距離21.09m小于實(shí)際水槍的最大有效沖采距離25m，而根據(jù)薄板理論礦山壓力實(shí)測(cè)，孔莊礦最佳空頂面積為80～90m2。由表1可知，因此巷道之間凈煤垛定為8m，下部?jī)上锏乐g凈煤垛寬度12m，采垛面積為98m2。根據(jù)經(jīng)多年實(shí)踐工作面錯(cuò)距為8m，煤垛寬12m，掐槍距8m(此情況正好避開周期來(lái)壓峰值點(diǎn)，回采率最高)最為合理。

4 工作面邊角煤及斷帶煤的采取

4.1 邊角煤的處理

Fe21斷層與F20斷層間的邊角煤，首先在中部打3#探煤巷，探到F20斷層全為7號(hào)煤，直到F21斷層遇全巖，全長(zhǎng)46m，隨后在下部及上部打了三條探煤巷，遇到F21斷層為止，如果第一探巷遇斷層距離小于15m，其余地點(diǎn)就不用再探，采煤時(shí)直接沖采至斷層巖石為止。

4.2 斷層帶煤的處理

斷層帶由于斷層破壞了工作面頂板的完整性，所以必將引起頂板壓力的變化和重新分布，使工作面的頂板維護(hù)較難，甚至導(dǎo)致冒頂事故的發(fā)生。對(duì)遇到的走向斷層、偽傾向斷層、傾向斷層、交叉斷層，在設(shè)計(jì)上進(jìn)行優(yōu)化，首先，對(duì)于區(qū)塊分界斷層的處理，對(duì)于8193面西部在距F21斷層巖石面東9m為中，對(duì)于7193面距F4斷層?xùn)|9m為中分別掘進(jìn)回風(fēng)上山，距斷層面的實(shí)際距離在8m左右，有利于巷道的維護(hù)，退采時(shí)正好是一個(gè)煤垛。其次對(duì)于塊段中偽傾向斷層F5，其落差在6m，大于8號(hào)煤的高度，采取硬過(guò)斷層，不但使煤炭質(zhì)量下降，而且要過(guò)10余米的巖巷，斷層帶的煤不能安全回收，為解決這一難題，我們?cè)跀鄬訋卤P距斷層面15 m處打一斷層下下山，水槍正好能沖至斷層面，在斷層上盤，沿?cái)鄬用嫦蛏洗蛞粭l斷層上山，支護(hù)上除采用錨網(wǎng)索聯(lián)合支護(hù)，還采取在巷道中部提前打一梁一柱超前單體，使沿?cái)鄬用嫦锏涝诨夭蓵r(shí)保持正常的行人高度。第三，對(duì)于Fe4兩工作面分界F4斷層，落差12m，使7號(hào)、8號(hào)煤在斷層帶有互層現(xiàn)象，此點(diǎn)也在三甩、二甩主溜煤道掘進(jìn)過(guò)程中證實(shí)，因此進(jìn)行同層連采。三甩道上部7193西回風(fēng)巷在向8193方向掘進(jìn)過(guò)程中遇到全斷面巖石，說(shuō)明上部斷層還受如圖Fe5斷層交匯牽拉，斷層帶出現(xiàn)巖石，不能同層連采，從8193溜煤下山已掘出巷道驗(yàn)證這一推論。第四，在斷層下回采，裂隙發(fā)育、頂板破碎、因此在退采時(shí)均采用了閉式?jīng)_采法。

5 結(jié)論

I5西采區(qū)處于淺部，回風(fēng)系統(tǒng)靠近總回風(fēng)巷，工作面回漏風(fēng)能力較強(qiáng)，由于優(yōu)化了退采參數(shù)且采取了科學(xué)合理的技術(shù)手段對(duì)邊角煤及斷層帶煤進(jìn)行了有效回收，使開采的老塘遺煤量大為降低，減少了導(dǎo)致采空區(qū)內(nèi)部遺煤自燃的關(guān)鍵因素，減少了掘進(jìn)率，保證了安全高效回采，多回采煤量4萬(wàn)余t。為礦區(qū)同類條件下煤層的回采提高了經(jīng)驗(yàn)和依據(jù)，取得了較大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

[1]劉新坤,李德軍.采區(qū)化水采工藝系統(tǒng)在通化礦業(yè)集團(tuán)六道江井的實(shí)踐[J].同煤科技,2012(1):4-7.

[2]宋光武,劉尚海.區(qū)域化水采工藝及設(shè)備的研究[J].水力采煤與管道運(yùn)輸,1999(1):3-8.

[3]張世凱,劉尚海.新世紀(jì)我國(guó)水采技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)及今后攻關(guān)重點(diǎn)[J].水力采煤與管道運(yùn)輸,2001(3):3-6.

[4]孔恒,張世凱,李剛，等.煤層的水采工藝評(píng)價(jià)及其優(yōu)化決策研究[J].煤炭學(xué)報(bào),2000,12(s1):83-87.

[5]陳鳳軍.淺析厚煤層水采工作面如何提高單產(chǎn)[J].水力采煤與管道運(yùn)輸,2000(1):16-19.

[6]秦洪武,楊凌.水采技術(shù)是難采煤層增產(chǎn)提效的一種有效途徑[J].水力采煤與管道運(yùn)輸,1998(2):25-29.