李小龍

（山西三元煤業(yè)股份有限公司 下霍煤礦，山西 長(zhǎng)治 046600）

0 引 言

在地下煤層掘進(jìn)開(kāi)采過(guò)程中，當(dāng)掘進(jìn)巷道遭遇地質(zhì)斷層、陷落柱、頂板破碎帶等復(fù)雜情況時(shí)，為降低掘進(jìn)施工量和回采難度，同時(shí)提高作業(yè)的安全性，往往需要繞過(guò)受影響嚴(yán)重的區(qū)域，即將難開(kāi)采區(qū)域從常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)矩形回采面中剔除。為此，需要在工作面布置上下2 個(gè)切眼，當(dāng)下切眼回采至上切眼位置時(shí)，通過(guò)回采對(duì)接技術(shù)，實(shí)現(xiàn)2 個(gè)切眼內(nèi)設(shè)備和生產(chǎn)工序的良好對(duì)接[1-3]。實(shí)際生產(chǎn)中，由于地質(zhì)構(gòu)造差異較大，為最大程度回收煤炭資源，并保證采煤作業(yè)效率和安全，需要根據(jù)構(gòu)造特點(diǎn)和分布狀況，制定合理的過(guò)地質(zhì)構(gòu)造回采方案及切眼對(duì)接方案，本文以三元煤業(yè)下霍煤礦2303 工作面為例，對(duì)其過(guò)斷層時(shí)的工作面切眼對(duì)接技術(shù)方案進(jìn)行研究[4-6]。

1 概 括

2303 工作面兩順槽均沿煤層頂板掘進(jìn)，沿傾向布置，運(yùn)輸順槽長(zhǎng)2 222.3 m，掘進(jìn)過(guò)程中揭露Fd34 正斷層（需制定過(guò)斷層回采方案），回風(fēng)順槽長(zhǎng)2 147.2 m；切眼沿煤層底板掘進(jìn)，沿走向布置，長(zhǎng)274.5 m，工作面標(biāo)高為390—470 m。2303 工作面北鄰東常村保安煤柱邊界，西側(cè)為實(shí)體煤，東側(cè)為2302 工作面采空區(qū)，兩工作面間有20 m 的保安煤柱，南連接西翼皮帶大巷、西翼回風(fēng)大巷和西翼軌道大巷。

2303 工作面采用傾斜長(zhǎng)壁低位放頂煤自然垮落后退式綜合機(jī)械化采煤方法，主采3 號(hào)煤層，厚度3.7～5.6 m，平均4.9 m，煤種為貧煤、貧瘦煤。距煤層底板高0.6 m 處有一層較為穩(wěn)定的夾矸，厚度為0.3 m，巖性為泥巖。煤層傾角0～10°，煤層厚度穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。采煤過(guò)程中，采煤機(jī)滾筒割煤3.0±0.1 m，放煤厚度1.9 m，循環(huán)進(jìn)度800 mm，底煤回收率95%，頂煤回收率91%。最大控頂距6 231 mm，最小控頂距5 431 mm，推拉步距800 mm。初次來(lái)壓步距為30～50 m，周期來(lái)壓步距15～25 m；底板為泥巖和各粒度砂巖，具體見(jiàn)表1。

表1 2303 綜采工作面煤層頂?shù)装錞able 1 Roof and floor of coal seam in 2303 fully-mechanized mining face

2 過(guò)斷層回采方案

2.1 刀把式工作面

根據(jù)《三維地震勘探報(bào)告》和實(shí)際掘進(jìn)過(guò)程揭露顯示，2303 運(yùn)輸順槽距切眼183.3 m 處有Fd34 正斷層，落差15 m，該斷層走向N12°E，傾向S78°E，傾角55°，斷距1.7 m，該斷層控制程度為可靠。由于該斷層落差遠(yuǎn)大于采高，因此影響工作面的正?；夭桑瑸樘岣叩V井采出率，保障安全生產(chǎn)，需制定合理的繞斷層技術(shù)方案。

研究決定，為躲避回采機(jī)頭段Fd34 斷層，需重新掘進(jìn)2303 斷層斜巷、2303 斷層繞道和小切眼，從而形成“刀把”式工作面。在工作面大、小切眼未接通前，通過(guò)斷層斜巷和斷層繞道將采煤機(jī)割下的煤炭運(yùn)出。隨回采推進(jìn)，待大切眼與小切眼連通時(shí)，進(jìn)行兩切眼內(nèi)支護(hù)和運(yùn)輸設(shè)備對(duì)接操作，使原工作面的傾向長(zhǎng)度增大，既減小了躲避斷層的施工量，降低回采難度，提高煤炭回收率。

2.2 刀把式工作面切眼對(duì)接技術(shù)難點(diǎn)

按切眼對(duì)接前后，工作面的長(zhǎng)度變化情況，刀把式工作面可分為“正刀把”和“反刀把”2 種，2303 工作面采用正刀把式，即切眼對(duì)接后工作面長(zhǎng)度由小變大。同時(shí)，相應(yīng)工作面采場(chǎng)也也經(jīng)歷了“小面—異面—大面”的變化過(guò)程，如圖1 所示。當(dāng)工作面傾向長(zhǎng)度較小時(shí)，采空區(qū)懸頂面積小、上覆巖層應(yīng)力變化緩和；當(dāng)工作面傾向長(zhǎng)度增大后，相應(yīng)懸頂面積和圍巖應(yīng)力增大，變形加劇。尤其是在大小切眼對(duì)接位置，巖層應(yīng)力存在突變，容易引起圍巖失穩(wěn)[7-11]，因此應(yīng)通過(guò)合理的對(duì)接方案設(shè)計(jì)，保證對(duì)接區(qū)域支護(hù)強(qiáng)度充足，對(duì)接銜接順暢，對(duì)接時(shí)間短。

圖1 刀把式工作面切眼對(duì)接前后結(jié)構(gòu)和應(yīng)力變化Fig.1 Changes of structure and stress before and after open-off cutting

結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐，刀把式工作面切眼對(duì)接存在兩方面技術(shù)難點(diǎn)。①大、小切眼對(duì)接過(guò)程中，兩切眼內(nèi)的液壓支架、刮板輸送機(jī)等設(shè)備的對(duì)接精度控制難度大，可能存在較大高度或水平距離偏差，導(dǎo)致對(duì)接時(shí)間延長(zhǎng)；②對(duì)接前后，工作面采場(chǎng)應(yīng)力變化明顯，頂板圍巖的變形控制難度大，應(yīng)通過(guò)充分的準(zhǔn)備、對(duì)接工作，保證對(duì)接區(qū)域形成良好支護(hù)。

3 工作面切眼對(duì)接技術(shù)方案

3.1 切眼對(duì)接準(zhǔn)備工作

為保證切眼對(duì)接前后圍巖控制穩(wěn)定，需提前進(jìn)行對(duì)接準(zhǔn)備工作。

（1） 2303 工作面回采至距離小切眼老塘側(cè)10 m 時(shí)，2303 斷層繞道不再退錨索。

（2） 2303 工作面回采至距離小切眼老塘側(cè)5 m 時(shí)，端頭π 型梁排距改為500 mm，π 型梁到達(dá)采空區(qū)時(shí)不再回收，打設(shè)一梁三柱加固頂板。

（3） 2303 工作面回采至小切眼老塘側(cè)時(shí)，在端頭1 號(hào)～5 號(hào)液壓支架頂部鋪設(shè)雙層菱形網(wǎng)，同時(shí)端頭及1 號(hào)～4 號(hào)支架頂梁上鋪設(shè)道軌，道軌長(zhǎng)5 000 mm，布設(shè)間距800 mm。每根道軌覆蓋3 組液壓支架，鋪設(shè)道軌時(shí)，先將中間一組支架超前移出，鋪好道軌后，將支架升緊，然后再前移兩側(cè)的支架，嚴(yán)禁同時(shí)落下兩組支架。道軌鋪設(shè)情況如圖2 所示。

圖2 道軌鋪設(shè)示意Fig.2 Rails laying

3.2 切眼對(duì)接流程

當(dāng)2303 工作面回采至大切眼和小切眼對(duì)齊后，開(kāi)始進(jìn)行切眼對(duì)接操作。

（1） 大、小切眼對(duì)齊后，開(kāi)空后溜（圖3 為工作面斷面內(nèi)的設(shè)備布置，后溜、前溜分別指液壓支架前后的刮板輸送機(jī)），且不再移動(dòng)支架，摘開(kāi)后溜機(jī)頭和轉(zhuǎn)載機(jī)搭接，只推前溜，繼續(xù)推進(jìn)3 個(gè)機(jī)頭，保證過(guò)渡液壓支架更換中間架時(shí)有充足的出架空間。另外，為保證對(duì)接區(qū)域圍巖結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，機(jī)頭段的頂板和煤墻需進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，機(jī)頭部分頂板鋪設(shè)雙層菱形網(wǎng)片，并打設(shè)錨索進(jìn)行頂板支護(hù)，煤墻鋪設(shè)單層菱形網(wǎng)片，并在1 號(hào)～5 號(hào)支架對(duì)應(yīng)區(qū)域打設(shè)玻璃鋼錨桿進(jìn)行支護(hù)。

圖3 工作面斷面內(nèi)的設(shè)備布置示意Fig.3 Equipment layout in working face section

（2）拆除斷層繞道內(nèi)布設(shè)的帶式輸送機(jī)及轉(zhuǎn)載機(jī)，以及斷層斜巷內(nèi)的帶式輸送機(jī)，對(duì)以上設(shè)備回收升井。

（3） 拆除前、后溜刮板（前溜35 m，后溜30 m），開(kāi)溜保證偏轉(zhuǎn)槽至機(jī)頭腦鏈及底鏈內(nèi)均無(wú)刮板，再拆除大溜鏈；然后拆除前、后溜的機(jī)頭、過(guò)渡槽和偏轉(zhuǎn)槽等。利用絞車將以上設(shè)備轉(zhuǎn)運(yùn)至2303 運(yùn)輸順槽內(nèi)存放。

（4） 安裝大切眼內(nèi)的后溜中部槽，并與小切眼內(nèi)的后溜中部槽對(duì)接，鋪設(shè)鏈條，安裝刮板。

（5） 將機(jī)頭1 號(hào)、2 號(hào)、3 號(hào)過(guò)渡支架回撤至小切眼內(nèi)，并安裝就位，保證小切眼內(nèi)全部支架頂梁接頂嚴(yán)密，并達(dá)到初撐力；然后將斷層繞道內(nèi)存放的5 組中間支架安裝至大、小切眼對(duì)接位置。

（6） 將2303 運(yùn)巷內(nèi)存放的前溜溜槽運(yùn)輸至小切眼內(nèi)，安裝就位，并與液壓支架連接；將2303運(yùn)巷內(nèi)存放的端頭架安裝就位。

（7） 轉(zhuǎn)載機(jī)后退，安裝前、后溜的機(jī)頭、過(guò)渡槽等部件。

（8） 完善電纜、液管，先進(jìn)行單機(jī)試運(yùn)轉(zhuǎn)，再聯(lián)合試運(yùn)轉(zhuǎn)。

3.3 切眼對(duì)接需控制的關(guān)鍵點(diǎn)

（1） 劃定對(duì)接基準(zhǔn)線。對(duì)接過(guò)程中，上、下切眼對(duì)接位置的兩支架間距離過(guò)大，可能導(dǎo)致頂板失穩(wěn)，支護(hù)能力下降；距離過(guò)小，則造成對(duì)接困難，因此應(yīng)按要求保證兩支架間的距離。當(dāng)回采至兩切眼距離為20 m 左右時(shí)，在頂板上用顯著顏色劃一條平行于巷道的基準(zhǔn)線，然后在剩余回采過(guò)程中，控制大切眼端部支架與該基準(zhǔn)線的距離，直至大小切眼對(duì)齊。

（2） 對(duì)接設(shè)備高差控制。為防止大小切眼在對(duì)接時(shí)出現(xiàn)明顯高差、錯(cuò)茬，導(dǎo)致刮板輸送機(jī)無(wú)法對(duì)接，應(yīng)在大小切眼距離接近5 m 時(shí)，嚴(yán)格控制兩切眼對(duì)接位置的高差和坡度，控制好采高，保證設(shè)備順利對(duì)接。

（3） 對(duì)接區(qū)域頂板控制。由于對(duì)接區(qū)域存在應(yīng)力突變，為防止發(fā)生頂板事故，應(yīng)提前做好圍巖補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)，并縮短移架時(shí)間，同時(shí)在對(duì)接過(guò)程中加強(qiáng)圍巖離層和變形監(jiān)測(cè)。

4 結(jié) 論

（1） 三元煤業(yè)下霍煤礦2303 工作面在運(yùn)輸順槽掘進(jìn)過(guò)程中揭露了落差為15 m 的Fd34 正斷層，該斷層落差已嚴(yán)重影響工作面正?；夭?，因此，針對(duì)斷層走向情況，制定了刀把式工作面回采方案。

（2） 刀把式工作面的大、小切眼對(duì)接難度較大，應(yīng)制定科學(xué)合理的切眼對(duì)接方案。

（3） 切眼對(duì)接準(zhǔn)備工作中，做好對(duì)接前后區(qū)域的頂板支護(hù)；對(duì)接過(guò)程中，嚴(yán)格按規(guī)定流程對(duì)設(shè)備進(jìn)行移位、拆卸和安裝，盡量縮短對(duì)接時(shí)間。