林 海 白冰冰 韓應(yīng)偉

（濟(jì)寧礦業(yè)集團(tuán)花園井田資源開(kāi)發(fā)有限公司，山東 濟(jì)寧 272200）

在煤礦地質(zhì)構(gòu)造中，沖刷帶是其中常見(jiàn)的一種類(lèi)型，受其影響的采煤工作面具有煤層薄、開(kāi)采條件惡劣、回采率低、經(jīng)濟(jì)效益差等特點(diǎn)。很多煤礦在面臨這種情況時(shí)會(huì)采取跳過(guò)沖刷帶影響范圍來(lái)提高生產(chǎn)速度，這不僅會(huì)造成采儲(chǔ)比例失調(diào)，還會(huì)縮短礦井服務(wù)年限，并且浪費(fèi)了大量的薄煤層資源，給煤炭工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展帶來(lái)了很大影響[1-5]。

本文以霄云煤礦1308 綜采工作面為背景，根據(jù)1308 工作面沖刷帶類(lèi)型和特征提出了合理的過(guò)沖刷帶技術(shù)方案，制定了相應(yīng)的工作面礦壓實(shí)測(cè)方案，對(duì)于綜采工作面過(guò)沖刷帶具有一定的指導(dǎo)意義。

1 工程概況

濟(jì)寧礦業(yè)集團(tuán)有限公司霄云煤礦1308 工作面為走向長(zhǎng)壁綜合機(jī)械化開(kāi)采工作面，開(kāi)采煤層為3 煤層，煤層平均厚度為3.47m，工作面走向長(zhǎng)度880m，傾斜長(zhǎng)度212.9m，工作面內(nèi)煤巖層走向西北，傾向北東，傾角15°。煤層頂?shù)装寰鶠樯皫r，具體煤層及頂?shù)装鍡l件見(jiàn)表1。

表1 煤層頂?shù)装鍡l件

2 沖刷帶對(duì)回采的影響

根據(jù)沖刷帶鉆孔探測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)霄云煤礦1308綜采工作面內(nèi)發(fā)育1 條沖刷帶，屬于沉積后沖刷帶類(lèi)型，沖刷帶與工作面的位置關(guān)系如圖1 所示。根據(jù)該區(qū)域兩順槽實(shí)際揭露情況，該沖刷帶煤層變薄區(qū)長(zhǎng)軸垂直于工作面推進(jìn)方向，最大總跨度約135m，最小跨度約51m。沖刷帶主體為中砂巖，硬度系數(shù)f=8~10，屬于堅(jiān)硬巖石。沖刷帶對(duì)1308 工作面的主要影響如下：

（1）受沖刷帶侵蝕影響，該區(qū)域內(nèi)地質(zhì)儲(chǔ)量?jī)H有4.72 萬(wàn)t，比工作面正常區(qū)段減少約5.5 萬(wàn)t；

（2）煤層厚度起伏變化大，厚度小于2m 的面積有22171m2，最薄處僅1.4m，嚴(yán)重影響綜采設(shè)備正常工作；

（3）沖刷帶巖體為砂巖，屬于堅(jiān)硬巖石，采煤機(jī)截割會(huì)加快截齒的磨損速度；

（4）沖刷帶影響區(qū)域內(nèi)煤層光澤變暗，灰分增高，雜質(zhì)含量增多，煤質(zhì)受到嚴(yán)重影響。

圖1 沖刷帶與工作面位置關(guān)系

3 施工技術(shù)方案優(yōu)選

3.1 過(guò)沖刷帶技術(shù)方案

根據(jù)沖刷帶探測(cè)結(jié)果，結(jié)合1308 綜采工作面實(shí)際開(kāi)采情況，確定三種過(guò)沖刷帶方案。

方案一：工作面推進(jìn)到?jīng)_刷帶邊緣，新開(kāi)切眼、搬家倒面跳過(guò)沖刷帶，繼續(xù)以正常開(kāi)采方式生產(chǎn)，如圖2 所示。

圖2 方案一過(guò)沖刷帶巷道布置示意圖

方案二：開(kāi)掘繞巷，在沖刷帶較薄側(cè)縮短工作面長(zhǎng)度，避開(kāi)沖刷帶影響嚴(yán)重區(qū)域，然后采煤機(jī)直接截割通過(guò)，如圖3 所示。

方案三：松動(dòng)爆破預(yù)裂配合采煤機(jī)截割直接通過(guò)。在沖刷帶厚度較小區(qū)域采煤機(jī)降低采高直接通過(guò)；在沖刷帶厚度較大區(qū)域，即煤層厚度小于采煤機(jī)機(jī)身高度時(shí)，采取預(yù)先爆破致裂后采煤機(jī)再通過(guò)的方式，如圖4 所示。

圖3 方案二過(guò)沖刷帶巷道布置示意圖

圖4 方案三過(guò)沖刷帶巷道布置示意圖

3.2 技術(shù)方案經(jīng)濟(jì)對(duì)比

預(yù)計(jì)各方案的施工成本，并將各部分成本折合為經(jīng)濟(jì)損失，各方案經(jīng)濟(jì)對(duì)比如下：

方案一：將綜采設(shè)備搬家倒面，預(yù)計(jì)花費(fèi)148萬(wàn)元，耗時(shí)8d；開(kāi)掘設(shè)備回撤通道及新開(kāi)切眼花費(fèi)210 萬(wàn)元，耗時(shí)15d。工作面正常生產(chǎn)情況下推過(guò)相同長(zhǎng)度預(yù)計(jì)需要10d，則方案一在施工方面花費(fèi)約390 萬(wàn)元，相對(duì)停產(chǎn)13d 等同于損失生產(chǎn)效益約680 萬(wàn)元，且損失煤炭資源約5.1 萬(wàn)t 價(jià)值2700 萬(wàn)元。綜上，方案一共計(jì)損失約3770 萬(wàn)元。

方案二：將綜采設(shè)備搬家倒面，預(yù)計(jì)花費(fèi)148萬(wàn)元，耗時(shí)5d；開(kāi)掘設(shè)備回撤通道及新開(kāi)切眼花費(fèi)約203 萬(wàn)元，耗時(shí)14d，部分區(qū)域截割沖刷帶巖體造成的設(shè)備維修及材料消耗約30 萬(wàn)元。則方案二在施工方面花費(fèi)約381 萬(wàn)元，相對(duì)停產(chǎn)9d 等同于損失生產(chǎn)效益約470 萬(wàn)元，且損失煤炭資源約2.2 萬(wàn)t 價(jià)值1100 萬(wàn)元。綜上，方案二共計(jì)損失約1980 萬(wàn)元。

方案三：預(yù)裂爆破預(yù)計(jì)花費(fèi)235 萬(wàn)元，設(shè)備過(guò)沖刷帶截割巖體造成的額外維修費(fèi)用及配件材料的消耗約185 萬(wàn)元，預(yù)計(jì)39d 完全通過(guò)沖刷帶。則方案三在施工方面花費(fèi)約420 萬(wàn)元，相對(duì)停產(chǎn)29d 等同于損失生產(chǎn)效益約1513萬(wàn)元，煤炭資源全部采出。綜上，方案三共計(jì)損失約1933 萬(wàn)元。

對(duì)比可以看出，方案一的經(jīng)濟(jì)損失明顯高出方案二和方案三；方案三與方案二相比省去了大量的掘進(jìn)工程和綜采設(shè)備搬家的過(guò)程，并避免了煤炭資源的損失，降低了采空區(qū)自燃的風(fēng)險(xiǎn)。因此選用方案三作為1308 工作面過(guò)沖刷帶的施工方案。

表2 技術(shù)方案經(jīng)濟(jì)對(duì)比

4 過(guò)沖刷帶關(guān)鍵技術(shù)措施

4.1 預(yù)先爆破致裂

在過(guò)變薄區(qū)期間，當(dāng)沖刷帶巖體硬度f(wàn) ＞6 時(shí)，采煤機(jī)直接截割通過(guò)較困難，應(yīng)預(yù)先爆破處理，炮眼排距根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)沖刷帶巖體厚度確定。當(dāng)巖體厚度小于1m 時(shí)采用單排布置炮眼；巖體厚度在1 ～2m之間時(shí)采用雙排、三花眼布置，排距0.5m，眼距0.7m；巖體厚度大于2m 時(shí)采用三排、五花眼布置，排距0.5m，眼距0.7m。具體炮眼布置情況如圖5 所示。

圖5 炮眼布置

爆破預(yù)裂工作應(yīng)在檢修班完成以避免影響正常生產(chǎn)工作。爆破采用氣腿式風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)打眼，炮眼深1600mm，排距根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)矸石高度布置。清理干凈炮孔內(nèi)的巖屑后裝藥，選用煤礦許用二級(jí)乳化炸藥，采用正向裝藥的方式以提高裝藥速度，裝藥完成后使用水炮泥封眼，封泥長(zhǎng)度不小于500mm。

4.2 采煤機(jī)割煤工藝

在未受沖刷帶影響的范圍，采煤機(jī)采高要控制在3.5m 左右；在過(guò)煤層變薄區(qū)期間，采高要控制在2.5~2.8m，在保證正常生產(chǎn)的同時(shí)盡量少割矸石。

受沖刷帶影響，工作面底板起伏較大、正常割煤難以通過(guò)時(shí)，可采用采煤機(jī)提刀或臥兩刀、平推一刀的方式。

為避免因頂板巖體預(yù)裂爆破后巖塊松動(dòng)導(dǎo)致的工作面支架“壓死”現(xiàn)象，工作面采高要根據(jù)支架壓力隨時(shí)調(diào)整；同時(shí)沖刷帶內(nèi)跟機(jī)拉移支架滯后采煤機(jī)不得超過(guò)3 架，以避免出現(xiàn)冒頂現(xiàn)象。

5 過(guò)沖刷帶期間礦壓實(shí)測(cè)與分析

5.1 礦壓觀測(cè)方案及設(shè)備

在沿工作面傾斜方向每5 個(gè)液壓支架布置一個(gè)測(cè)點(diǎn)，即在5#、10#、15#……150#支架上布置測(cè)點(diǎn)。工作面共布置了30 個(gè)測(cè)點(diǎn)，其中5#、10#……50#為下部測(cè)點(diǎn)，55#、60#……100#為下部測(cè)點(diǎn)，105#、110#……150#為上部測(cè)點(diǎn)。工作面礦壓測(cè)點(diǎn)布置如圖6 所示。

礦壓監(jiān)測(cè)采用KBJ-60 Ⅲ-1 綜采支架工作阻力連續(xù)記錄儀監(jiān)測(cè)工作面液壓支架工作狀況，支架壓力可以動(dòng)態(tài)地顯示在PM32 上，讀出支架PM32 控制器上壓力傳感器上的讀數(shù)為支架初撐力，工作面每推進(jìn)一個(gè)循環(huán)可以從壓力表上讀出最大工作阻力，最后將采集到的數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析，系統(tǒng)組成如圖7 所示。

圖6 工作面礦壓測(cè)點(diǎn)布置圖

5.2 礦壓觀測(cè)結(jié)果分析

實(shí)測(cè)結(jié)果顯示工作面在進(jìn)入沖刷帶之前支架工作阻力在25~30MPa 之間，最大阻力為32.3MPa 左右，此階段周期來(lái)壓步距平均為11.5m；進(jìn)入沖刷帶之后，支架工作阻力明顯增大，且呈測(cè)點(diǎn)位置沖刷帶厚度越大支架阻力越大的趨勢(shì)，尤其130#~150#支架礦壓顯現(xiàn)最為劇烈，最大壓力達(dá)到44MPa，此階段周期來(lái)壓平均約為23.7m。沖刷帶巖體為砂巖，強(qiáng)度要高于煤層正常區(qū)段的直接頂，不能隨采隨垮或會(huì)出現(xiàn)垮落不充分現(xiàn)象，導(dǎo)致過(guò)沖刷帶期間礦壓顯現(xiàn)強(qiáng)度及周期來(lái)壓步距都變大。

在現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)中，過(guò)沖刷帶期間周期來(lái)壓過(guò)程中支架立柱下縮量明顯，由于爆破措施會(huì)出現(xiàn)局部頂板破碎現(xiàn)象，通過(guò)敷設(shè)金屬網(wǎng)護(hù)幫護(hù)頂和破碎嚴(yán)重區(qū)域注漿加固成功改善了頂板條件，為工作面安全推過(guò)沖刷帶提供了保障。

6 結(jié)論

（1）過(guò)沖刷帶期間綜采工作面會(huì)出現(xiàn)開(kāi)采難度增加、煤質(zhì)變差、礦井生產(chǎn)計(jì)劃受到影響等問(wèn)題；

（2）結(jié)合1308 工作面沖刷帶分布范圍及厚度及工作面實(shí)際情況，提出了三種不同的過(guò)沖刷帶方案，并通過(guò)技術(shù)及經(jīng)濟(jì)對(duì)比確定采用松動(dòng)爆破預(yù)裂配合采煤機(jī)截割直接通過(guò)的方案；

（3）過(guò)沖刷帶期間工作面礦壓顯現(xiàn)劇烈，周期來(lái)壓步距與周期來(lái)壓強(qiáng)度明顯變大；

（4）霄云煤礦1308 綜采工作面成功通過(guò)沖刷帶，為礦井節(jié)省了開(kāi)掘繞巷和裝備搬家的費(fèi)用，將沖刷帶影響范圍內(nèi)的煤炭資源全部采出，取得了良好的效果，對(duì)類(lèi)似條件下受沖刷帶影響的工作面回采具有一定的參考價(jià)值。