苗曉偉

（山西潞安集團(tuán)潞寧煤業(yè)有限公司，山西 忻州 036700）

1 工程概況

山西潞安集團(tuán)潞寧煤礦開(kāi)采煤層平均厚度為5.99m，煤層中下部有一層夾矸，厚度為0.29m，將煤層分為上、下兩層。當(dāng)前上層煤已開(kāi)采完3.01m，還有2.98m待開(kāi)采。7608（底）工作面面長(zhǎng)60m，走向長(zhǎng)586m，可采面積為3.5×104m2，設(shè)計(jì)可采儲(chǔ)量為18.9×104t。工作面共安裝43個(gè)充填支架，其中ZC3670/18/34型支架38架，ZCG3670/18/34型過(guò)渡支架4架，ZT13200/18/34型端頭支架1架。

7608（頂）工作面人工頂板主要采用矸石和粉煤灰進(jìn)行充填，將矸石和粉煤灰按質(zhì)量比10∶3經(jīng)充填支架架后搗實(shí)鏟推壓密實(shí)所形成。主要特征如下：（1）充填體硬度不大，無(wú)層理，無(wú)裂隙，但膠結(jié)和抗剪切強(qiáng)度較低，抗擾動(dòng)性能差，易散碎，粒徑較小，充填體90%物料粒徑小于50mm。（2）充填體上方的原巖頂板僅有裂隙，并未破碎。（3）在充填體人工頂板含水率較高，即頂板有淋水時(shí)，充填體人工頂板顯現(xiàn)較軟，極易破碎冒落。

2 底分層充填開(kāi)采工藝及創(chuàng)新

2.1 充填工藝設(shè)計(jì)優(yōu)化

（1）底分層兩巷位置優(yōu)化設(shè)計(jì)。7608頂分層運(yùn)料巷、運(yùn)輸巷在充填回采期間采用人工攉渣充填，充填質(zhì)量相對(duì)較差，僅為工作面中部充填率的70%，形成的充填體相對(duì)較松散，不利于底分層端頭頂板控制，同時(shí)，工作面一側(cè)為落差20m的F13斷層，另一側(cè)距離7614（頂）充填工作面僅有6m，因此在設(shè)計(jì)底分層工作面時(shí)，將兩巷位置均相對(duì)頂分層巷道內(nèi)錯(cuò)10m，以保證首采試驗(yàn)工作面兩端頭頂板的相對(duì)完整、可控。

（2）大斷面開(kāi)切眼設(shè)計(jì)。充填支架長(zhǎng)度達(dá)7.3m，為便于安裝，在矸石和粉煤灰形成的充填體人工頂板下，設(shè)計(jì)施工8.4m×3.0m的大規(guī)格開(kāi)切眼。開(kāi)切眼采用架棚支護(hù)，邊擴(kuò)開(kāi)切眼邊安裝支架，并順開(kāi)切眼方向設(shè)計(jì)施工了30m長(zhǎng)支架組裝硐室，以便于充填支架就近組裝后進(jìn)行安裝。

（3）回采期間頂板控制。工作面布置有小孔菱形金屬網(wǎng)，以避免充填體人工頂板漏渣；工作面割煤后支架前探梁及時(shí)伸出，較好地維護(hù)了架前頂板；支架采用帶壓移架、“一刀一充”，并及時(shí)架后充填減少頂板下沉。

2.2 特型端尾液壓支架

由于充填工作面端尾空間安裝有運(yùn)矸轉(zhuǎn)載皮帶，運(yùn)矸轉(zhuǎn)載皮帶上方的頂板無(wú)法用普通支架進(jìn)行維護(hù)，因此為了保證端尾空間頂板維護(hù)，研制了ZP13200/18/34型端尾支架，如圖1所示。

設(shè)計(jì)的ZPl3200/18/34型端尾液壓支架結(jié)構(gòu)適合充填開(kāi)采，設(shè)計(jì)強(qiáng)度足夠控制頂板，支撐頂板效果良好；架后下沉量減小后，充填空間較之前增大，且端頭液壓支架搗實(shí)鏟安裝位置較之前合理，夯實(shí)的充填體可以有效地控制直接頂，使工作面兩巷端頭頂板來(lái)壓強(qiáng)度減弱，沒(méi)有出現(xiàn)明顯的頂板來(lái)壓。

圖1 ZP13200/18/34型端尾支架

另外，改進(jìn)了兩端頭支架擺梁、運(yùn)矸輸送機(jī)機(jī)尾、轉(zhuǎn)載機(jī)輸送帶等關(guān)鍵設(shè)備，進(jìn)一步增強(qiáng)了設(shè)備在底分層充填開(kāi)采中的適用性，使底分層充填工作面三機(jī)配套更趨于合理。

2.3 底分層充填開(kāi)采頂板控制

由于該工作面頂板為上部工作面充填體重新膠結(jié)后形成的人工頂板，因此在工作面人工頂板控制上主要采取以下措施：（1）工作面回采期間頂板鋪設(shè)30mm×30mm的小孔菱形金屬網(wǎng)，以避免充填體人工頂板漏渣。（2）研制ZC3670/18/34新型支架，并設(shè)計(jì)有伸縮前探梁，及時(shí)維護(hù)架前頂板。（3）兩端頭安裝有支架，特別研制了端尾支架，加強(qiáng)了運(yùn)矸轉(zhuǎn)載皮帶端頭區(qū)域的頂板控制。

3 礦壓觀測(cè)

3.1 礦壓觀測(cè)方案

為監(jiān)測(cè)7608底分層工作面的礦壓情況，安裝了礦壓監(jiān)測(cè)設(shè)備，如工作面支架壓力表、巷道超前支護(hù)單體壓力表、架后搗實(shí)壓力表、充填體壓力表等，并進(jìn)行了礦壓數(shù)據(jù)的收集工作。

（1）工作面支架壓力監(jiān)測(cè)設(shè)備。工作面支架采用在線壓力計(jì)、數(shù)字壓力計(jì)監(jiān)測(cè)壓力情況。工作面每4架布置1個(gè)YHY60（B）型號(hào)數(shù)字壓力計(jì)。

（2）工作面超前支護(hù)壓力監(jiān)測(cè)。工作面超前支護(hù)壓力監(jiān)測(cè)采用數(shù)字壓力監(jiān)測(cè)計(jì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在工作面兩端頭超前20m、25m處各設(shè)置1個(gè)YHY60（A）型號(hào)單體壓力監(jiān)測(cè)計(jì)。

（3）搗實(shí)壓力監(jiān)測(cè)設(shè)備。工作面搗實(shí)壓力監(jiān)測(cè)采用數(shù)字壓力監(jiān)測(cè)計(jì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，工作面共43架，每隔1架布置1個(gè)數(shù)字壓力計(jì)。

3.2 礦壓觀測(cè)分析

7608（底）充填工作面礦壓監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如圖2、圖3和圖4所示。

圖2 上部10號(hào)支架阻力統(tǒng)計(jì)圖

圖3 中部22號(hào)支架阻力統(tǒng)計(jì)圖

圖4 下部38號(hào)支架阻力統(tǒng)計(jì)圖

通過(guò)圖2、圖3和圖4的支架阻力統(tǒng)計(jì)圖的數(shù)據(jù)可以得出：

（1）該充填工作面支架壓力不高，工作阻力平均值為1680～3851kN，這充分說(shuō)明了充填工作面充填體承擔(dān)了工作面頂板的大部分壓力，支架承載載荷減小，因而在充填工作面沒(méi)有初次來(lái)壓，沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)明顯的周期來(lái)壓。

（2）從工作面開(kāi)采以來(lái)，支架平均工作阻力最大為3851kN，位于3號(hào)分機(jī)10號(hào)支架；最大工作阻力為6341kN。由于3號(hào)分機(jī)均位于距工作面兩巷10m左右的位置，沒(méi)有進(jìn)行密實(shí)充填，充填體未能有效控制頂板運(yùn)動(dòng)，其頂板部分載荷由支架承擔(dān)，因而出現(xiàn)近工作面兩巷區(qū)域部分支架壓力明顯高于工作面中部現(xiàn)象。

（3）每推進(jìn)30～40m時(shí)工作面支架壓力出現(xiàn)整體明顯增高現(xiàn)象，主要是由于在頂板巖層礦山壓力作用下逐步壓實(shí)了充填體，充填體的壓實(shí)增大了頂板的下沉量；同時(shí)在40m左右時(shí)為基本頂?shù)臉O限跨距，此時(shí)基本頂下沉將加快，其一部分載荷由支架承擔(dān)。

4 效果分析

（1）工作面礦壓觀測(cè)數(shù)據(jù)分析表明充填開(kāi)采減弱了工作面的礦壓顯現(xiàn)，充填體可有效控制頂板的運(yùn)動(dòng)。

（2）7608（底）分層工作面采用矸石和粉煤灰充填技術(shù)，共開(kāi)采回收煤炭21.53×104t，充填矸石和粉煤灰21.97×104t，矸石和粉煤灰充填體人工頂板得到了有效的控制，在解決潞寧煤礦地面沉降和塌陷基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了對(duì)7608（底）分層工作面煤炭資源的最大限度的開(kāi)采回收，有力緩解了潞寧礦接替緊張的局面。