王 波

(煤炭工業(yè)山西晉城礦區(qū)建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督站，山西 晉城 048006)

引 言

岳城煤礦現(xiàn)開(kāi)采3號(hào)煤，生產(chǎn)能力150萬(wàn)t/a，地質(zhì)水文類(lèi)型中等，屬于高瓦斯礦井，采煤方法為走向長(zhǎng)壁綜合機(jī)械化分層開(kāi)采，頂板管理方法為全部垮落法。3號(hào)煤三盤(pán)區(qū)為原南河灘煤礦整合資源，剩余的Ⅲ3308(下)和Ⅲ3306(下)兩個(gè)小工作面地質(zhì)條件復(fù)雜，為提高資源回收率、保證安全高效回采，須對(duì)工作面設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)不規(guī)則區(qū)域煤炭資源的科學(xué)合理回收。

1 概況

1.1 地質(zhì)條件

Ⅲ3306(下)、Ⅲ3308(下)工作面開(kāi)采的3號(hào)煤，為優(yōu)質(zhì)無(wú)煙煤，煤層總厚度6.02 m～6.87 m，平均6.30 m，硬度(f)3.5～4，容重1.45 t/m3，煤層傾角1°～5°，平均3°。上分層工作面已回采，下分層煤厚3.0 m，下分層工作面頂板為金屬網(wǎng)假頂，膠結(jié)程度較差；直接底為泥巖，厚度0.84 m～2.1 m，平均1.16 m；老底為細(xì)粒砂巖，1.35 m～2.95 m，平均2.18 m，底板比壓為2.28 MPa。

1.2 原工作面設(shè)計(jì)及周邊采掘情況

原設(shè)計(jì)為Ⅲ3306(下)、Ⅲ3308(下)兩個(gè)綜采工作面，均為巷道內(nèi)錯(cuò)布置，Ⅲ1308(下)工作面為外錯(cuò)布置。Ⅲ1308、Ⅲ3306、Ⅲ3308上層工作面已回采完畢，Ⅲ3305、Ⅲ3307工作面上、下分層均已回采完畢。工作面原設(shè)計(jì)及周邊采掘情況，如圖1所示。

圖1 工作面原設(shè)計(jì)及周邊采掘情況示意圖

1.3 存在問(wèn)題

1) 資源回收率低。Ⅲ1308(下)與Ⅲ3308(下)、Ⅲ3306(下)工作面之間煤柱未回收，Ⅲ3308(下)、Ⅲ3306(下)與南翼大巷之間的煤柱也未回收；

2) 南翼進(jìn)風(fēng)巷、南翼回風(fēng)巷、南翼軌道巷及聯(lián)絡(luò)橫川為原資源整合礦井施工的巷道，支護(hù)強(qiáng)度低，巷道變形嚴(yán)重，后期受采動(dòng)影響維護(hù)工作量大[1]，影響材料設(shè)備運(yùn)輸；

3) 礦井銜接緊張，兩個(gè)小工作面回采期短，搬家倒面頻繁。

2 優(yōu)化后工作面設(shè)計(jì)

將原設(shè)計(jì)兩個(gè)小工作面合并成一個(gè)Ⅲ3308(下)工作面，工作面順槽巷道內(nèi)錯(cuò)布置改為外錯(cuò)布置，順槽巷道沿南北方向，工作面由南向北回采推進(jìn)。工作面設(shè)計(jì)走向長(zhǎng)度896 m，回采分為三個(gè)階段，一階段傾斜長(zhǎng)度133.5 m，可采長(zhǎng)度168 m；二階段傾斜長(zhǎng)度203 m，可采長(zhǎng)度345 m；三階段傾斜長(zhǎng)度從203 m逐漸增加至218 m，可采長(zhǎng)度383 m。

Ⅲ3215巷、Ⅲ3216巷為Ⅲ3308(下)工作面兩條順槽，均沿3號(hào)煤層底板布置。Ⅲ3215巷位于Ⅲ1308(上)工作面采空區(qū)下，與Ⅲ13081巷中至中距離9 m，擔(dān)負(fù)工作面進(jìn)風(fēng)及運(yùn)煤任務(wù)；Ⅲ3216巷分為三段，其中第一段利用原南翼皮帶巷，第二段、第三段為新掘巷道，擔(dān)負(fù)工作面回風(fēng)及運(yùn)料任務(wù)；切眼一位于Ⅲ3308上層工作面切眼一向北10 m，切眼二位于Ⅲ3308上層切眼二向北30 m。優(yōu)化后的Ⅲ3308(下)工作面設(shè)計(jì)，如圖2所示。

圖2 優(yōu)化后Ⅲ3308(下)工作面布置示意圖

3 存在問(wèn)題及解決措施

3.1 磨三角快速通過(guò)上分層空巷

Ⅲ3308(下)工作面靠近機(jī)頭側(cè)有大量上分層空巷，分別為垂直于工作面的Ⅲ13081巷、Ⅲ13082巷及Ⅲ33081巷，包括三條巷道之間平行于工作面的23個(gè)聯(lián)絡(luò)橫川。工作面在通過(guò)上分層空巷及其聯(lián)絡(luò)橫川時(shí)，頂板破碎、經(jīng)常出現(xiàn)漏矸的現(xiàn)象，頂板維護(hù)工作量大，直接影響回采推進(jìn)速度、產(chǎn)量和煤質(zhì)指標(biāo)。

采取的措施為：

1) 回采通過(guò)上分層橫川時(shí)，要提前磨機(jī)尾調(diào)斜，調(diào)整機(jī)頭、機(jī)尾的進(jìn)度差，使機(jī)尾超前機(jī)頭至少8 m，并適當(dāng)降低采高[2]，加大機(jī)電設(shè)備檢修力度，揭露空巷后調(diào)整勞動(dòng)組織，連續(xù)推進(jìn)以機(jī)頭磨三角的方法快速通過(guò)上分層空巷。

2) 通過(guò)上分層橫川時(shí)，上分層的瓦斯會(huì)通過(guò)空巷處頂板擴(kuò)散到下分層工作面，造成上隅角、回風(fēng)巷瓦斯增高，回采時(shí)要嚴(yán)格控制機(jī)組割煤速度，割煤與移架依次進(jìn)行，不得同時(shí)作業(yè)。

3) 針對(duì)工作面片幫、頂板破碎的現(xiàn)象，應(yīng)采取上平行板梁、拉超前架維護(hù)頂板的措施，由經(jīng)驗(yàn)豐富的老隊(duì)長(zhǎng)進(jìn)行跟班，嚴(yán)格執(zhí)行過(guò)空巷安全技術(shù)措施。

3.2 高水材料充填下層空巷

Ⅲ3308(下)工作面回采至中部，需要通過(guò)南翼進(jìn)風(fēng)巷、南翼回風(fēng)巷、南翼軌道巷及聯(lián)絡(luò)橫川等下層空巷。南翼進(jìn)風(fēng)巷、南翼回風(fēng)巷為資源整合礦井施工巷道，斷面寬×高=3 m×2.5 m，木質(zhì)親口棚支護(hù)，棚距350 mm，受礦山壓力影響巷道底鼓、幫鼓嚴(yán)重，部分區(qū)域頂板破碎、棚梁斷裂、棚腿折斷。南翼軌道巷為錨網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，斷面寬×高=4 m×3 m，局部幫鼓移近量達(dá)500 mm。

由于回采時(shí)將連續(xù)通過(guò)三條距離較近且平行于工作面的空巷，加之空巷頂幫支護(hù)強(qiáng)度較弱，故決定采用無(wú)機(jī)超高水充填材料對(duì)空巷進(jìn)行充填處理[3]。此充填材料單液流動(dòng)性好，混合后凝膠時(shí)間可控，生成的充填體具有良好的承載能力。

3.3 預(yù)先安裝支架和溜槽

工作面初采后，預(yù)先在二切眼內(nèi)安裝46個(gè)支架及配套溜槽，確?；夭芍炼醒蹠r(shí)設(shè)備快速對(duì)接。另外，工作面回采至原南翼皮帶巷階段，進(jìn)回風(fēng)兩條順槽巷道不平行，工作面長(zhǎng)度逐步加長(zhǎng)，由203 m逐步增加到218 m，工作面每推進(jìn)35 m，需在機(jī)尾增加一個(gè)支架和一節(jié)溜槽。

4 實(shí)施效果及效益分析

4.1 工作面回采情況

1) Ⅲ3308(下)工作面采用磨三角、超高水材料充填、預(yù)先安裝支架等安全技術(shù)措施，安全高效的回采結(jié)束，歷時(shí)255 d，回采過(guò)程中未發(fā)生頂板事故。

2) 工作面回采至超高水材料充填的空巷前，對(duì)Ⅲ3308(下)工作面液壓支架工作阻力進(jìn)行監(jiān)測(cè)[4]，工作面推進(jìn)至距空巷2 m時(shí)，支架工作阻力達(dá)到最大值21 MPa，其余時(shí)間支架工作阻力均在20.5 MPa以下，支承壓力變化較小，具體如圖3所示。

圖3 液壓支架工作阻力監(jiān)測(cè)圖

在通過(guò)空巷的過(guò)程中，工作面沒(méi)有出現(xiàn)煤壁片幫、漏頂?shù)鹊V壓顯現(xiàn)，無(wú)機(jī)超高水充填材料表現(xiàn)出良好的承載能力，如第114頁(yè)圖4所示。

4.2 效益分析

1) 工作面設(shè)計(jì)優(yōu)化后，多回收各工作面之間及采區(qū)巷道煤柱資源37.22萬(wàn)t，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。驗(yàn)。同時(shí)，充填法過(guò)空巷避免了原小窯巷道礦壓顯現(xiàn)、巷修工程量大的難題，也有效的降低了瓦斯管理的難度。

2) 采用工作面調(diào)斜、無(wú)機(jī)超高水材料充填空巷等技術(shù)措施，積累了綜采工作面過(guò)空巷頂板管理經(jīng)

圖4 無(wú)機(jī)超高水材料充填效果圖

3) 將兩個(gè)小工作面合并成一個(gè)工作面進(jìn)行回采，減少了支架溜槽等設(shè)備搬家倒面和拆除安裝次數(shù)，緩解了礦井銜接緊張的不利局面。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)創(chuàng)新工作面設(shè)計(jì)思路，應(yīng)用工作面調(diào)斜、超高水材料充填等技術(shù)手段，科學(xué)合理的安排勞動(dòng)組織，成功解決了不規(guī)則塊段的煤炭回收和綜采工作面過(guò)空巷兩大難題，對(duì)類(lèi)似條件的邊角煤柱回收提供了借鑒和參考。