藺鑫濤

(汾西礦業(yè)正中煤業(yè),山西 靈石 031300)

隨著礦井高強度開采的不斷持續(xù),井下采掘深度及范圍快速增加,深部回采煤層賦存條件與淺部煤層存在明顯差異,受瓦斯、水、破碎巖體、地質(zhì)構(gòu)造等不利因素影響更為明顯[1-2]。開采薄煤層期間遇到的復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造會明顯影響煤炭開采效率及安全生產(chǎn)保障能力,為此眾多的學(xué)者對薄煤層工作面開采方案及過構(gòu)造技術(shù)展開研究。楊計先等[3]針對某礦回采的二1煤層厚度薄、開采區(qū)域內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜、頂板堅硬等特點,從經(jīng)濟性、開采適應(yīng)性等方面對采面設(shè)備配備方案進行比對分析,最終確定9-38VE /57 型刨煤機及刮板輸送機、ZY6400/09/20D液壓支架組合方式進行開采;彭俊仁等[4]分析大落差斷層、陷落柱群等地質(zhì)構(gòu)造對云崗礦8807薄煤層采煤工作面的影響,并提出通過控制采高、強化頂板管理、調(diào)整采煤工藝、優(yōu)化過陷落柱及斷層方法等,給出薄煤層工作面過復(fù)雜構(gòu)造技術(shù)方案,現(xiàn)場應(yīng)用取得較好效果;陳勝明等[5]針對23082工作面過斷層群問題,從采煤機割煤、液壓支架管理以及生產(chǎn)保障系統(tǒng)等方面考慮,給出過斷層群技術(shù)方案,實現(xiàn)了煤炭安全高效回采。山西某礦53105綜采工作面回采的3-1煤層厚度均值為1.2 m,開采范圍內(nèi)發(fā)育有多條斷層。文中以該采面回采為工程背景,分析工作面采取的技術(shù)措施,為礦井后續(xù)其他薄煤層采煤工作面過復(fù)雜構(gòu)造帶提供了可靠經(jīng)驗借鑒。

1 工程概況

1.1 采面概況

53105綜采工作面位于5采區(qū)中部,采面北側(cè)為53103采空區(qū),南側(cè)為圈定的53107綜采工作面(回采巷道已掘進完成),西側(cè)為采區(qū)集中巷道,東側(cè)為采區(qū)邊界。采面設(shè)計推進長度為1 216 m、斜長149 m,采用U型通風(fēng)方式,開采的3-1煤層厚度均值為1.2 m、傾角為5°～12°.煤質(zhì)為優(yōu)質(zhì)焦煤,經(jīng)濟價值較高。根據(jù)53102綜采工作面回采巷道掘進揭露以及采面內(nèi)瓦斯抽采鉆孔鉆進揭露,53102綜采工作面720～890 m范圍內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育復(fù)雜,煤層賦存不穩(wěn)定,期間預(yù)計有超過20條落差在0.5～1.9 m斷層,構(gòu)造帶分布位置及采面位置見圖1.

圖1 采面位置示意

53105綜采工作面配備智能化開采設(shè)備,主要開采設(shè)備包括:ZY4000/08/18D液壓支架、 ZTYC1600/15/29D超前支架、SGZ730/400刮板輸送機、MG2×200/870-WD7采煤機。現(xiàn)階段采面過復(fù)雜構(gòu)造常用的方法有重開切眼、平推硬過兩種。由于53105綜采工作面內(nèi)設(shè)備多,搬家留設(shè)大量的煤柱會導(dǎo)致煤炭資源浪費。為此,在53105綜采工作面采用平推硬過方法過地質(zhì)構(gòu)造帶。

1.2 采面過復(fù)雜構(gòu)造帶面臨的主要問題

1) 采面720～890 m范圍斷層數(shù)量多、落差大、影響范圍廣,給采面回采過構(gòu)造帶期間頂板管理帶來較大挑戰(zhàn)。在地質(zhì)構(gòu)造影響下,局部位置傾角變大,頂板不平整,容易導(dǎo)致液壓支架出現(xiàn)傾斜、咬架甚至側(cè)翻等問題。

2) 采面回采時,采煤機割矸量大,采煤機及刮板輸送機等設(shè)備故障率偏高,開機率難以保證,若停機時間過長會進一步惡化采面生產(chǎn)條件。

3) 在復(fù)雜構(gòu)造帶內(nèi),災(zāi)害防治效果會直接影響采面生產(chǎn)安全保障能力,災(zāi)害影響類型包括瓦斯治理盲區(qū)、頂板裂隙水、采空區(qū)水等。

2 采面過構(gòu)造帶技術(shù)

2.1 液壓支架控制技術(shù)

在53105綜采工作面過地質(zhì)構(gòu)造帶期間,由于斷層數(shù)量多、分布復(fù)雜,導(dǎo)致采面回采期間煤矸交替頻繁,在采面過斷層之前需適當(dāng)減少臥底量、降低液壓支架俯斜度,確保液壓支架由煤層段平穩(wěn)過渡到煤矸段;在過構(gòu)造帶期間,采煤機適當(dāng)降低牽引速度,液壓支架采用跟機移架,同時帶壓摩擦移架,局部采用單體支柱輔助移架;若回采期間煤層傾角增大,則在工作面液壓支架上增設(shè)防滑千斤頂,提高液壓支架穩(wěn)定性,避免后期出現(xiàn)支架傾斜角度過大、倒架等問題;若出現(xiàn)液壓支架接頂不嚴(yán)密、頂板破碎等問題時,可采用架設(shè)木垛方式進行接頂[6-8]。

2.2 采煤機截割

53105綜采工作面在地質(zhì)構(gòu)造帶內(nèi)回采期間,將采煤機采高控制在900 mm左右,適當(dāng)大于工作面內(nèi)液壓支架下限高度;當(dāng)截割全巖時,采煤機單刀進深控制在400 mm以內(nèi),截割速度控制在1.0 m/min以內(nèi),當(dāng)截割巖體堅硬、完整時,可采用松動爆破方式提高破巖效率;工作面回采期間,采煤機按照由上到下單向截割,應(yīng)密切關(guān)注下方司機在前滾筒5 m位置至上方司機在后滾筒3 m范圍內(nèi)的頂板,同時液壓支架應(yīng)緊跟采煤機移架。

2.3 回采推進

53105綜采工作面回采遇正斷層時,斷層上盤采用割頂留底方式推進;在遇逆斷層時,采用斷層下盤進行割頂留底方式推進。在工作面推進過斷層期間,應(yīng)確保采面底板角度在合理范圍內(nèi),即確保液壓支架傾角控制在12°以內(nèi),支架移架距離在400 mm以內(nèi);采煤機單刀割頂板厚度在85 mm以內(nèi)。在過斷層破碎帶時,若頂板較為破碎,則通過鋪設(shè)木垛提高液壓支架與頂板接觸效果,減少漏矸量。

工作面在過地質(zhì)構(gòu)造期間,若采面底板標(biāo)高小于回采巷道底板標(biāo)高時,在采面靠近上限端頭位置均采用留底煤方式平緩過渡;當(dāng)采面底板標(biāo)高大于回采巷道底板標(biāo)高時,在機頭及機尾附近采用割底板、留頂煤方式確定平緩過渡,同時應(yīng)確保采面液壓支架接頂密實,出口通暢。

2.4 安全保障措施

1) 優(yōu)化通風(fēng)及瓦斯治理措施。在工作面過地質(zhì)構(gòu)造帶之前就需要強化通風(fēng)管理,提高通風(fēng)系統(tǒng)可靠性并確保工作面通風(fēng)系統(tǒng)平穩(wěn)運行;復(fù)查地質(zhì)構(gòu)造帶內(nèi)瓦斯抽采效果,并停止低負(fù)壓、低濃度鉆孔接抽;在構(gòu)造帶附近補打瓦斯抽采鉆孔,以消除瓦斯抽采空白區(qū);強化采面局部“四位一體”瓦斯治理措施,當(dāng)推進期間遇到煤矸交替區(qū)域時,在煤壁上布置雙排瓦斯排放孔,提高瓦斯治理效果,排放孔孔徑為73 mm、孔深均為4 000 mm、布置間距為1 000～1 500 mm.

2) 強化水害防治。綜合采用物探、鉆探技術(shù)手段對復(fù)雜構(gòu)造帶內(nèi)、采面頂板及附近含水情況進行探測。結(jié)合現(xiàn)場情況針對性制定水害防治技術(shù)措施。強化采面前方、上覆采空區(qū)及鄰近工作面采空區(qū)富水及積水區(qū)探測并及時進行疏排。

3) 強化煤質(zhì)管理。優(yōu)化工作面過地質(zhì)構(gòu)造帶期間運輸系統(tǒng),利用井下現(xiàn)有的矸石倉將過構(gòu)造帶期間生產(chǎn)的矸石堆積到矸石倉內(nèi),減少混入到原煤中的矸石量,達(dá)到減少運輸量以及提升煤質(zhì)質(zhì)量的目的。

4) 強化頂板管理。確保頂板穩(wěn)定是實現(xiàn)工作面安全過地質(zhì)構(gòu)造帶的基礎(chǔ)。因此在53105綜采工作面過地質(zhì)構(gòu)造帶之前即強化回采巷道頂板監(jiān)測、圍巖支護,及時處理失效的錨桿、錨索等,同時通過適當(dāng)增大超前支護距離、支護強度等方式提高地質(zhì)構(gòu)造帶影響范圍內(nèi)回采巷道的穩(wěn)定性。

3 現(xiàn)場應(yīng)用效果

為確保礦井生產(chǎn)、保障煤炭產(chǎn)量,在53105綜采工作面過構(gòu)造帶期間通過與地質(zhì)條件較好的73102綜采工作面配采生產(chǎn),煤炭月產(chǎn)量可達(dá)到20萬噸。在53105綜采工作面過地質(zhì)構(gòu)造帶時,每天組織1個生產(chǎn)班,耗時4個月通過復(fù)雜構(gòu)造帶。期間采煤機、液壓支架以及刮板輸送機等設(shè)備均正常運行,采面及回采巷道頂板均得到有效管理,工作人員勞動強度較低。53105綜采工作面通過平推硬過方式過復(fù)雜構(gòu)造帶,可回采價值1 800萬元以上的煤炭資源,同時避免重開切眼,節(jié)省了安裝及回撤設(shè)備的費用。

4 結(jié) 語

結(jié)合53105綜采工作面的現(xiàn)場條件,提出采用平推硬過方式過復(fù)雜構(gòu)造帶,不僅可多回采煤炭資源,而且可避免重開切眼。

針對采面過復(fù)雜構(gòu)造帶期間面臨的頂板破碎、煤矸交替、液壓支架傾角大、瓦斯異常涌出、涌水等問題,針對性地提出采煤機截割、液壓支架管控、采面推進以及安全保障等措施。

針對構(gòu)造帶內(nèi)煤矸交替、矸石堅硬等問題,提出淺循環(huán)截割方法,并在必要時通過爆破方式輔助割矸,通過強化液壓支架及開采設(shè)備管理,確保頂板穩(wěn)定;通過補打瓦斯抽采鉆孔、采面瓦斯排放孔等,加大瓦斯災(zāi)害治理強度;通過瓦斯抽采、排放結(jié)合消除瓦斯抽采空白區(qū),解決復(fù)雜構(gòu)造帶內(nèi)瓦斯治理難題;通過綜合物探、鉆探技術(shù)手段提高水害治理能力。53105綜采工作面過構(gòu)造帶期間,綜采設(shè)備高效運行,頂板保持穩(wěn)定,瓦斯體積分?jǐn)?shù)在正常范圍內(nèi),未出現(xiàn)異常涌水情況,現(xiàn)場應(yīng)用取得較好效果。