關(guān)佳林

（山西冀中能源集團(tuán)礦業(yè)有限責(zé)任公司，山西 太原 030000）

0 引 言

我國(guó)中西部黃土丘陵礦區(qū)地形復(fù)雜，沖溝發(fā)育，煤巖系形成后,在地殼運(yùn)動(dòng)的影響下發(fā)生變形，受到各種地表應(yīng)力的沖刷剝蝕，出露于地表或埋藏在地表淺處的煤、巖層,在大氣、水、熱、生物等的作用下遭受不同程度的風(fēng)化及氧化過程,其物理、化學(xué)和工藝性能發(fā)生一系列變化后，形成了煤、巖層風(fēng)化帶[1-2]。進(jìn)入風(fēng)化帶后，煤層頂板完整性變差，頂板巖層硬度及強(qiáng)度明顯降低，頂板淋水加大，頂板破碎易發(fā)生離層，錨桿、錨索支護(hù)失效，架棚出現(xiàn)較大變形量，從而造成掘進(jìn)工作面發(fā)生局部冒頂事故。過風(fēng)化帶期間，回采工作面由于支架上方頂板松軟、破碎、離層，容易引起支架與煤壁之間的頂板大面積冒落，進(jìn)而引起支架頂空，支架失穩(wěn)、倒架[3]。

瑞隆礦8102 工作面在采掘過程中遇到風(fēng)化帶，風(fēng)化帶頂板的巖性、煤層特征均發(fā)生明顯變化對(duì)采掘安全生產(chǎn)造成一定影響和制約，通過開展鄰近風(fēng)氧化帶工作面多次對(duì)接關(guān)鍵技術(shù)研究，對(duì)實(shí)現(xiàn)綜放工作面安全高效開采具有重大現(xiàn)實(shí)意義。

1 試驗(yàn)工作面概況

井田內(nèi)含煤地層主要為太原組和山西組，可采煤層為5、8+10 號(hào)共2 層。8+10 號(hào)位于太原組中部，上距5 號(hào)煤層51.01 ~53.63 m，煤層厚8.5 ~ 10 m，平均厚9.5 m。直接頂為K2 灰?guī)r，底板為泥巖，含1~2 層夾矸，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，井田內(nèi)賦存區(qū)穩(wěn)定可采煤層。

圖1 8102 工作面位置示意圖

8102 工作面位于8+10 號(hào)煤層西部，鄰近向斜西翼風(fēng)氧化帶，煤層頂板完整性較差，煤的硬度及強(qiáng)度明顯降低，工作面走向長(zhǎng)537 m，傾斜長(zhǎng)55 ~116 m，斜面積40 870 m2，可采儲(chǔ)量42.9 萬t。掘進(jìn)過程中迎頭煤質(zhì)變差，工作面煤層厚度變薄，平均為6.5 m，發(fā)生風(fēng)氧化現(xiàn)象，選擇頂板較好位置，施工外切眼34 m，然后施工中段回風(fēng)順槽101 m，煤層受風(fēng)氧化后煤質(zhì)變差，施工中切眼30 m，然后施工里段回風(fēng)順槽，同時(shí)掘進(jìn)運(yùn)輸順槽，根據(jù)里段回風(fēng)順槽煤厚、煤質(zhì)情況，確定里切眼位置，工作面成功布置，見圖1。

2 鄰風(fēng)氧化帶多次對(duì)接綜放開采關(guān)鍵技術(shù)

2.1 鄰風(fēng)氧化帶掘進(jìn)地層探測(cè)及探放水技術(shù)

原設(shè)計(jì)8102 回風(fēng)順槽延伸至到北部風(fēng)氧化帶邊界，回風(fēng)順槽設(shè)計(jì)長(zhǎng)度460 m，當(dāng)掘進(jìn)到145 m 遇到斷層，通過鉆探探測(cè)技術(shù)證實(shí)進(jìn)入風(fēng)氧化帶邊界，迎頭煤質(zhì)變差，工作面煤層厚度變薄，選擇頂板較好位置，施工外切眼。8102 回風(fēng)順槽迎頭探測(cè)北部煤層賦存情況，鉆探位置在8102 回風(fēng)順槽迎頭，先后施工8個(gè)鉆孔，累計(jì)孔深539 m。具體探測(cè)鉆孔布置及成果見圖2。

圖2 探測(cè)鉆孔布置及成果圖

2.2 鄰風(fēng)氧化帶掘進(jìn)巷道支護(hù)參數(shù)優(yōu)化

8102 掘進(jìn)巷道沿煤層底板托頂煤掘進(jìn)，針對(duì)瑞隆礦風(fēng)氧化帶劣化灰?guī)r頂板厚煤層綜放巷道支護(hù)及參數(shù)優(yōu)化問題，通過巖石物理力學(xué)實(shí)驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)礦壓監(jiān)測(cè)、理論分析、相似材料模擬、數(shù)值模擬等方法，研究不同回采強(qiáng)度作用下腐蝕損傷型灰?guī)r破裂機(jī)理；分析厚煤層回采巷道圍巖變形破壞規(guī)律，探索出適合復(fù)雜地質(zhì)條件厚煤層回采巷道圍巖控制技術(shù)，為瑞隆礦厚煤層回采巷道圍巖有效控制及安全生產(chǎn)提供了科學(xué)依據(jù)和技術(shù)保障。

2.3 鄰風(fēng)氧化帶大斷面切眼擴(kuò)幫支護(hù)技術(shù)

瑞隆礦回采巷道掘進(jìn)斷面為4.2 m×2.8 m,工作面切眼需要擴(kuò)幫成8 m×2.8 m，才能安裝支架。以往采用邊擴(kuò)幫邊安裝方法，支架就位效率低，從2019年開始，瑞隆礦開始采用大斷面切眼一次性擴(kuò)幫成型技術(shù)，支護(hù)頂板采用錨桿+W 鋼帶+錨索+金屬網(wǎng)聯(lián)合支護(hù)，沿巷道縱向打3 排點(diǎn)柱，點(diǎn)柱間距1 m，實(shí)踐證明支護(hù)效果良好。

2.4 多段切眼支架高效率運(yùn)輸與快速安裝技術(shù)

對(duì)接工作面支架安裝通過運(yùn)輸順槽將支架運(yùn)輸?shù)嚼锴醒?，確定支架安裝位置，并精確安裝，外切眼通過回風(fēng)順槽運(yùn)輸支架，在外邊切眼精確測(cè)量對(duì)接支架安裝位置，就位支架，精確安裝，進(jìn)行對(duì)接準(zhǔn)備。對(duì)接前，調(diào)整支架位置實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)無縫對(duì)接，多個(gè)切眼依次安裝對(duì)接，進(jìn)而完成回采任務(wù)。如圖3 所示。

圖3 多段切眼對(duì)接布置圖

2.5 綜放工作面多次大傾角對(duì)接技術(shù)

8102 工作面鄰風(fēng)氧化帶掘進(jìn)，為實(shí)現(xiàn)煤炭資源最大程度回收需要進(jìn)行多次對(duì)接，工作面對(duì)接成功需要注意事項(xiàng)：對(duì)接前，保持對(duì)接場(chǎng)所及其附近的支護(hù)完好，確保頂板完整；準(zhǔn)確判斷、精確測(cè)量地質(zhì)構(gòu)造或其他因素所造成影響的區(qū)域范圍，對(duì)接切眼和聯(lián)絡(luò)巷最佳方位和距離，保證聯(lián)巷和上下順槽的平行度；對(duì)接切眼內(nèi)預(yù)先擺放支架位置端正、間距合適和對(duì)接時(shí)的準(zhǔn)確定位是對(duì)接成敗的關(guān)鍵；對(duì)接前，應(yīng)當(dāng)提取將延長(zhǎng)輸送機(jī)所需的溜槽、擋板、刮板、刮板鏈等設(shè)備運(yùn)至距對(duì)接切眼最近處。

3 施工安全技術(shù)措施

3.1 采掘過風(fēng)氧化帶安全技術(shù)措施

采掘活動(dòng)要前地質(zhì)探查，通過鉆探等技術(shù)手段及時(shí)探明掘進(jìn)前方及工作面內(nèi)部基巖厚度，必須保證一定的巖柱厚度，當(dāng)頂板出現(xiàn)變化，經(jīng)確認(rèn)進(jìn)入風(fēng)氧化帶，但錨桿錨固力、錨索張緊力尚能達(dá)到《作業(yè)規(guī)程》要求值時(shí)，必須在原支護(hù)基礎(chǔ)上，進(jìn)行錨、網(wǎng)、索配合鋼筋梁或“W”鋼帶支護(hù)頂板，并縮小間排距，增加支護(hù)強(qiáng)度和支護(hù)密度。

3.2 重型支架防倒防滑安全技術(shù)措施

8102 中切眼傾角達(dá)30°，為防止重型支架在回采過程中傾倒，需提前制定安全措施，工作面機(jī)頭、機(jī)尾過渡架加防滑千斤頂，頂板破碎段采取超前預(yù)注漿加固煤壁，防止煤壁片幫、架間漏頂，保證煤壁完整性。

3.3 綜放工作面調(diào)采、調(diào)架安全技術(shù)措施

因工作面傾角較大，工作面對(duì)接前要及時(shí)調(diào)支架，調(diào)架時(shí)采用2～3 根單體支柱配合使用，注液槍用鐵絲綁牢，遠(yuǎn)方操作，緩慢送液，使支架均勻受力，將支架扶正。調(diào)架時(shí)，先降立柱，使支架少量降架，然后再支好調(diào)架單體、稍微加壓使支架往上或往下靠，然后邊拉支架、邊供液，從而達(dá)到較好的對(duì)接效果。

4 應(yīng)用效果及效益分析

4.1 應(yīng)用效果

8102 工作面回風(fēng)順槽鄰近風(fēng)氧化帶，布置成折線狀，形成里、中、外3 個(gè)切眼，多個(gè)切眼依次對(duì)接，對(duì)接區(qū)段傾角最大為30°，工作面實(shí)現(xiàn)了大傾角精準(zhǔn)對(duì)接，最終工作面推進(jìn)到預(yù)定停采線位置，實(shí)現(xiàn)綜放工作面安全高效開采。

4.2 經(jīng)濟(jì)效益

8102 工作面回風(fēng)順槽鄰近風(fēng)氧化帶布置，設(shè)計(jì)成折線狀，形成里、中、外3 個(gè)切眼，工作面走向長(zhǎng)537 m，傾斜長(zhǎng)55~116 m，斜面積40 870 m2，可采儲(chǔ)量 42.9 萬t。8102 工作面回采原煤42.9 萬t，按40%精煤回收率，計(jì)算精煤產(chǎn)量17.16 萬t，按10%中煤回收率計(jì)算中煤產(chǎn)量4.29 萬t，按照精煤售價(jià)860.78元/t , 中煤售價(jià)每噸126.24 元，計(jì)算銷售收入15 312.55 萬元。按原煤完全成本269.1 元/t，計(jì)算回采42.9 萬t，原煤成本11 544.39 萬元, 可增加效益3 768.16 萬元。

5 結(jié) 論

1）鄰風(fēng)氧化帶巷道支護(hù)參數(shù)優(yōu)化，調(diào)整支護(hù)參數(shù)，保證了安全。大斷面切眼支護(hù)參數(shù)優(yōu)化，調(diào)整錨桿、錨索布置，配合單體加π 型梁，保證支護(hù)安全。

2）多段切眼支架高效率運(yùn)輸與快速安裝，優(yōu)化支架運(yùn)輸路線，提高了工作效率。

3）多次精準(zhǔn)及大傾角對(duì)接技術(shù)，完成2 次工作面對(duì)接，中切眼傾角最大30°，實(shí)現(xiàn)了大傾角精準(zhǔn)對(duì)接。該技術(shù)的實(shí)施，為瑞隆礦積累了寶貴的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，為鄰風(fēng)氧化帶煤開采提供了新的途徑，創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，延長(zhǎng)了礦井服務(wù)年限。