黃晉兵（山西長平煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 晉城 048006）

晉城礦區(qū)XV號(hào)煤開采實(shí)踐

黃晉兵（山西長平煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 晉城 048006）

介紹了王臺(tái)礦井XV號(hào)煤開采實(shí)踐，并從煤層地質(zhì)條件、開采方法、設(shè)備配套、頂板處理、礦壓觀測(cè)及回采過程等進(jìn)行論述，提出了開采建議，為晉城礦區(qū)類似條件煤的開采提供了參考。

XV號(hào)煤；開采；實(shí)踐

1 概況

王臺(tái)礦井井田范圍內(nèi)XV號(hào)煤為第三水平煤層，煤層傾角1°～6°，厚度1.8～3.5m，平均為2.5m，煤層中部一般含夾矸1～3層，巖性多為泥巖、炭質(zhì)泥巖；XV號(hào)煤層偽頂為泥巖或炭質(zhì)泥巖，平均厚度0.3m，該偽頂厚度極不穩(wěn)定，暴露于空氣中易風(fēng)化。直接頂為K2石灰?guī)r，在淺部其巖性變化較大，局部地段相變?yōu)槟鄮r、砂質(zhì)泥巖或砂巖，平均厚度9.32m，致密堅(jiān)硬，節(jié)理裂隙較發(fā)育，屬堅(jiān)硬性頂板；底板為泥巖和鋁質(zhì)泥巖，平均厚度為1.62m，底板比壓40.82MPa。在開采過程中XV號(hào)煤老頂大面積來壓時(shí)對(duì)支架有沖擊，且初次來壓和周期來壓步距較大，礦壓顯現(xiàn)十分明顯。

王臺(tái)礦井XV號(hào)煤層地質(zhì)條件較簡(jiǎn)單，斷裂較少，頂板完整性較好，主要構(gòu)造以褶曲為主，小型斷層及節(jié)劈理、裂隙發(fā)育。XV號(hào)煤層主要充水因素為煤層上覆K2、K5含水層水及上覆III號(hào)和IX號(hào)煤采空區(qū)低洼積水。XV號(hào)煤塵無爆炸性，為一類容易自燃煤層，自燃發(fā)火期為72天。

XV號(hào)煤綜采工作面傾斜長一般為180m，走向長1 000～2 000m，工作面采用“三巷”布置形式，“兩進(jìn)一回”通風(fēng)方式，巷道基本參數(shù)為：三順槽巷道凈寬×凈高=4 400mm×2 500mm，開切眼凈寬×凈高=7 000mm×2 500mm，巷道采用“錨·索·帶·網(wǎng)”支護(hù)方式，采用走向長壁一次采全高后退式綜合機(jī)械化采煤法進(jìn)行回采。

2 設(shè)備配套

采煤機(jī)：MG250/600-WD1雙滾筒采煤機(jī)1臺(tái)；端頭架：ZT13200－16/30，2架；工作面支架：ZZ8000－17/32，117架；工作面刮板輸送機(jī)：SGZ－764/400，1部；轉(zhuǎn)載機(jī)：SZB764/132/1，1 臺(tái) ；破 碎 機(jī) ：PCM1000/110/1140，1臺(tái)；皮帶機(jī)：DSP1063－1000/125型，1臺(tái)。

3 頂板預(yù)處理方法

王臺(tái)XV號(hào)煤層直接頂為堅(jiān)硬的K2石灰?guī)r，為保證工作面頂板能及時(shí)垮落，XV號(hào)煤綜采工作面采用超前深孔預(yù)裂爆破的方式處理頂板，具體做法是在工作面切眼和順槽向頂板打深孔，在工作面前方一定距離進(jìn)行爆破，預(yù)先破壞頂板的完整性，超前打眼、超前爆破，處理方案分為切眼頂板切斷處理和兩順槽內(nèi)頂板處理。

（1）頂板處理高度。工作面設(shè)計(jì)采高為2.5m，為保證冒落頂板能完全充填采空區(qū)，經(jīng)計(jì)算確定工作面頂板巖層處理范圍為沿工作面頂板至上方9m的垂直高度（終孔位置）。

（2）切眼頂板處理（切眼切斷）。切眼切斷孔布置在工作面后方距老塘側(cè)巷幫1m處，其主要作用是在切眼后方頂板與工作面頂板之間形成一個(gè)弱面，隨著工作面推進(jìn)支架后方頂板能夠及時(shí)跨落。

（3）兩順槽頂板處理（初次放頂與步距放頂）。初次放頂孔布置在距切眼工作面?zhèn)让罕?4m處，步距放頂每隔30m布置一組，兩順槽對(duì)稱布置。其主要作用為：一是在巷道煤柱側(cè)頂板與工作面頂板間形成一個(gè)弱面，二是在工作面前方頂板形成一個(gè)弱面，隨著工作面推進(jìn)支架后方頂板能夠及時(shí)跨落。

為保證每個(gè)炮孔都能起爆，所有預(yù)裂爆破孔均采用“雙導(dǎo)爆索、雙雷管”引爆，每一茬炮聯(lián)線采用“局部并聯(lián)、總體串聯(lián)”的方式。

（4）切眼切斷爆破炮孔布置。工作面設(shè)備安裝前，在切眼內(nèi)距老塘側(cè)巷幫1m處頂板打眼，炮孔布置見圖1（圖中數(shù)字單位為m）。180m長的切眼共布置10組炮孔（分別用A、B、C、D、E和a、b、c、d、e字母代表10組炮孔），A、B、C、D、a、b、c、d每組為3個(gè)炮孔，E和e組炮孔分別為4個(gè)炮孔，共布置了32個(gè)炮孔。A組炮孔與a組炮孔對(duì)稱，B組炮孔與b組炮孔對(duì)稱，以此類推。

圖1 切眼炮孔布置圖

（5）初次放頂和步距放頂爆破炮孔布置。初次放頂孔布置在距切眼煤壁24m處，初次放頂孔每組為8個(gè)炮孔，分別為A、B、C、D、E1、F1、G1、H1，扇形布置，其中A、B、C、D與工作面平行；E1、F1、G1、H1與巷道中心成16°夾角。步距放頂每隔30m布置一組炮孔。步距放頂孔每組為8個(gè)炮孔，分別為A、B、C、D、E、F、G、H，扇形布置，其中A、B、C、D與工作面平行；E、F、G、H與巷道中心成16°夾角。炮孔布置見圖2。

（6）順槽鉆場(chǎng)硐室布置參數(shù)。XV號(hào)煤施工深孔眼選用ZDY1300型全液壓鉆機(jī)（其外形尺寸為1.99m×0.74m×1.29m），考慮巷道寬度、高度、設(shè)備鋪設(shè)、人員操作及行人空間，需在順槽內(nèi)施工鉆場(chǎng)硐室（規(guī)格為寬×深×高=4m×4m×2.5m），均布置在工作面?zhèn)取?/p>

（7）爆破材料及施工機(jī)具。①起爆器為MFD-200型。②爆破炸藥為2號(hào)煤礦許用乳化炸藥，藥卷規(guī)格為Φ65mm×500mm，1.2kg/卷。③雷管為煤礦許用8#普通2m毫秒瞬發(fā)電雷管。④導(dǎo)爆索為煤礦許用導(dǎo)爆索，規(guī)格為Φ7mm。⑤爆破母線為鋼芯聚乙烯絕緣爆破母線。⑥炮泥機(jī)為PN－A型。⑦鉆機(jī)為ZDY1300型全液壓鉆機(jī)，Φ50mm鉆桿，鉆頭直徑75mm，為三翼復(fù)合片鉆頭及天然金剛石表鑲鉆頭配合使用，成孔直徑75mm。⑧泥漿泵為TBW-5型，用于鉆探循環(huán)供水（水源為靜壓水）。⑨炮棍為Φ40mm×1 500m。⑩封泥長度是炮孔長度的20%～30%。

4 防治水和防煤層自燃

巷道掘進(jìn)時(shí)必須堅(jiān)持“有疑必探，先探后掘”的防治水原則，探35m掘15m，并配套鋪設(shè)100mm排水管及相應(yīng)的水泵；回采前超前向上部打泄水孔，將XV號(hào)煤層上部Ⅸ號(hào)煤和Ⅲ號(hào)煤采空積水提前疏放。

在自然發(fā)火期內(nèi)將XV號(hào)煤工作面采完并及時(shí)封閉，避免采空區(qū)通風(fēng)；對(duì)采空區(qū)、冒落孔洞等空隙采取預(yù)防性灌漿或全部充填、噴灑阻化劑、注阻化泥漿、注凝膠、注惰性氣體、均壓等措施；在工作面和采空區(qū)密閉處設(shè)置自然發(fā)火觀測(cè)點(diǎn)，對(duì)工作面和采空區(qū)一氧化碳、二氧化碳、氧氣、甲烷濃度等及溫度定時(shí)進(jìn)行檢測(cè)（采空區(qū)及通風(fēng)橫川的密閉墻預(yù)埋設(shè)銅管，銅管外端接軟管進(jìn)行檢測(cè)）；采取定期沖洗巷道、煤層人工注水，增加煤柱內(nèi)水分；回采過程不得任意留設(shè)設(shè)計(jì)外煤柱和頂煤。

5 工作面生產(chǎn)情況

5.1 通風(fēng)管理

XV號(hào)綜采工作面均采用“兩進(jìn)一回”的通風(fēng)系統(tǒng)，配風(fēng)量為950m3/min左右，瓦斯?jié)舛仍?.03%～0.46%，二氧化碳濃度在0.12%～0.44%，配風(fēng)量完全能夠滿足防治瓦斯的需要，一氧化碳濃度檢測(cè)結(jié)果為0。工作面采用移架自動(dòng)噴霧、采煤機(jī)內(nèi)外噴霧、二次負(fù)壓降塵裝置、轉(zhuǎn)載點(diǎn)噴霧、風(fēng)流凈化水幕、定期沖洗巷道等多項(xiàng)防塵措施對(duì)其粉塵進(jìn)行治理，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定結(jié)果表明，綜采面全塵平均濃度僅為265mg/m3。

5.2 工作面超前支護(hù)

從工作面煤壁向外20m超前支護(hù)支設(shè)兩排單體柱：離工作面?zhèn)认飵? 000mm處支設(shè)一排，柱距1 000mm；離煤柱側(cè)巷幫1 000mm處支設(shè)一排單體柱，柱距1 000mm，遇破碎機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)電機(jī)減速器影響時(shí)緊靠其外側(cè)打戴帽點(diǎn)柱進(jìn)行支護(hù)。

貼幫柱及切頂柱支設(shè)要求：機(jī)頭機(jī)尾支架外側(cè)緊靠煤柱側(cè)各打一排貼幫柱，柱距500mm，幫要背實(shí)。切頂線處機(jī)頭或機(jī)尾支架外側(cè)與距巷道煤壁支設(shè)切頂柱，柱距不大于200mm。

5.3 鉆孔施工

工作面圈定過程中同時(shí)按設(shè)計(jì)位置施工出鉆場(chǎng)硐室，待工作面圈出后，兩順槽各2臺(tái)鉆機(jī)同時(shí)在工作面切眼和兩順槽按設(shè)計(jì)角度和深度打深孔爆破眼。切眼切斷眼在支架安裝前施工完畢，兩順槽初次和步距放頂眼超前工作面200m左右施工（考慮深孔爆破眼變形），打眼與順槽內(nèi)運(yùn)輸可同時(shí)進(jìn)行，以減小相互影響時(shí)間，提高鉆孔效率。

5.4 礦壓數(shù)據(jù)處理

工作面直接頂初次垮落步距為9.5～27.3m，平均為17.5m；直接頂初次垮落期間，工作面支架安全閥開啟較少，直接頂來壓前煤壁較平整，較少出現(xiàn)片幫；期間工作面機(jī)頭至7號(hào)架間懸頂3～8m，機(jī)尾115#～117#架懸頂3～6m。

基本頂初次來壓呈現(xiàn)局部來壓、遷移特征?；卷敵醮慰迓洳骄酁?7.4～48.3m，平均為42.5m，工作面端頭最長，中部相對(duì)較短，初次來壓影響時(shí)間平均為9.7小時(shí)，影響范圍平均為6.8m；基本頂初次來壓時(shí)，支架動(dòng)力載荷系數(shù)平均為1.58，平均工作阻力為5 552kN（支架設(shè)計(jì)工作阻力為6 000kN），安全閥開啟較為頻繁；工作面機(jī)頭至10#、47#～64#、115#～119#架后懸頂2～5m，其它支架后方頂板全部垮落；工作面中部煤壁出現(xiàn)片幫，長度6～10m，深度在0.2～0.6m。

基本頂周期來壓也呈現(xiàn)出分段局部來壓和遷移特征，其步距一般在14～23m，步距在工作面兩端區(qū)較長平均為21.32m，中部較短平均為17.4m。周期來壓時(shí)支架工作阻力一般在5 600～6 300kN，安全閥開啟較頻繁，動(dòng)載系數(shù)平均為1.57；來壓期間，工作面中部間斷性懸頂2～6m，主要是兩端頭懸頂一般在2～4m。工作面中部煤壁出現(xiàn)片幫，長度3～6m，深度在0.2～0.5m。

工作面開采過程中巷道底板底膨較小，主要表現(xiàn)為頂板下沉，工作面頂板下沉量平均為15.3mm。

5.5 地表塌陷

通過地面觀察發(fā)現(xiàn)工作面上方地表裂縫，長度在10～30m，寬10～50mm，間距均在1.5～8m；裂縫走向基本與工作面傾斜方向平行（夾角在10°范圍內(nèi)）。

5.6 工作面其它方面

支架活柱下縮量：一般在1～3mm（生產(chǎn)班1個(gè)循環(huán)，檢修班1個(gè)班），最大7mm。

工作面采高及煤壁：工作面采高一般在2.3～2.5m，最高達(dá)2.8m，最低為2.25m。到目前為止回采過程中煤壁較平整，較少出現(xiàn)片幫，出現(xiàn)片幫的部分區(qū)段片幫長度均在1m左右，深100～300mm。

工作面超前支護(hù)：工作面超前支護(hù)范圍內(nèi)無底鼓片幫情況，巷道完好，頂板無離層現(xiàn)象。但由于底板較軟，單體柱有鉆底現(xiàn)象，鉆底深度約為100～300mm。單體柱初撐力、工作阻力一般在13～18MPa的較多，最小10MPa，最大22MPa。

相鄰巷道煤柱為30m，從現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)情況看，巷道無明顯變形，局部有輕微片幫現(xiàn)象，且所夾軟矸層有擠出現(xiàn)象（擠出量在50～200mm）。

6 沿空留巷技術(shù)試驗(yàn)和末采

首采工作面推進(jìn)至295m處時(shí)，在軌道巷進(jìn)行了沿空留巷試驗(yàn)。本次試驗(yàn)第一階段長度40m，其中前20m采用7.4m錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)頂板，后20m采用10m的錨索補(bǔ)強(qiáng)支護(hù)。前20m在采空區(qū)離煤柱側(cè)3.4m時(shí)采用木柱和摩擦柱支撐頂板，向外另20m采用摩擦柱支撐頂板，間距均為400mm。從現(xiàn)場(chǎng)觀察來看，采用木柱支護(hù)方案，在工作面推進(jìn)20m左右后，木柱大部分被壓斷，或被頂板掉落的大矸砸斷。采用摩擦柱支護(hù)方案，摩擦柱大部分因被整體向煤柱側(cè)推移而失效。第二階段為工作面推進(jìn)至335m到停采線，采用木垛配合木柱和摩擦柱支撐頂板，木垛要求距離煤柱側(cè)巷幫3m，間距（中對(duì)中）3m，在木垛與木垛中間間距400mm打木柱或摩擦柱，木垛出現(xiàn)了整體被矸石砸翻的現(xiàn)象，木柱和摩擦柱仍存在第一階段的問題，但與第一階段相比，效果較好，但工作量和材料消耗上都明顯高于第一階段，并且并沒有真正達(dá)到沿空留巷。

當(dāng)工作面煤壁距停采線剩余24m時(shí)進(jìn)入末采，其工藝流程為：距停采線16m時(shí)開始下臥→距停采線11m時(shí)，ZZ8000－17/32型支架采高達(dá)到2.7m時(shí)，先上一趟片網(wǎng)，之后開始鋪單層金屬網(wǎng)假頂→距停采線7.0m時(shí)開始在網(wǎng)下聯(lián)設(shè)平行于工作面的鋼絲繩→距停采線3.0m時(shí)停止網(wǎng)下聯(lián)設(shè)鋼絲繩，再走一正常循環(huán)→調(diào)整支架，使支架頂梁端距停采線2.4m時(shí)停止拉架，隨著掛聯(lián)網(wǎng)同步架設(shè)垂直于工作面的板梁→停采，上最后一趟板梁，煤幫打護(hù)幫柱→聯(lián)設(shè)最后一趟卷網(wǎng)。最終撤架通道凈高要求達(dá)到2.5m，凈寬達(dá)2.4m（即支架頂梁端至煤壁的距離）。

7 建議

（1）對(duì)于XV號(hào)煤來說，回采中的關(guān)鍵問題是頂板預(yù)爆破，但從已采工作面頂板處理來看，大部分頂板的硬度系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到設(shè)計(jì)的10～12，所以建議在掘進(jìn)過程中收集頂板巖心，重新分析頂板硬度情況，優(yōu)化頂板預(yù)處理炮眼參數(shù)、放炮步距等，以提高綜合工效。

（2）為保證炮眼不變形和不影響工作面正常推進(jìn)，深孔眼施工最好超前工作面150m左右，這樣原兩順槽鉆機(jī)設(shè)計(jì)的鉆場(chǎng)硐室可以不施工，現(xiàn)有斷面尺寸完全能滿足打鉆要求。

（3）本工作面順槽深孔預(yù)爆破質(zhì)量對(duì)相鄰工作面巷道有一定影響，應(yīng)嚴(yán)格按頂板處理措施提高爆破質(zhì)量，同時(shí)要根據(jù)具體地質(zhì)條件和礦壓顯現(xiàn)確定合理的保護(hù)煤柱以減少對(duì)相鄰工作面的影響。

（4）從沿空留巷技術(shù)試驗(yàn)情況看，這種支護(hù)方式施工速度快，但支護(hù)強(qiáng)度不高，巷道后期維護(hù)費(fèi)用太高，甚至于高于新掘巷道，且擋矸效果不好，頂板下沉和巷道變形明顯，支護(hù)損壞嚴(yán)重，不能作為行人通道，只能作為“兩進(jìn)一回”系統(tǒng)中的回風(fēng)通道使用。

[參照文獻(xiàn)]

[1] 任 勇，尹希文.山西長平煤業(yè)有限責(zé)任公司XV號(hào)煤層采煤方法及工作面總體設(shè)計(jì)[R].天地科技股份有限公司開采事業(yè)部，2006.

[2] 王俊杰，曹建波.山西長平煤業(yè)有限責(zé)任公司王臺(tái)礦井XV2306工作面礦壓觀測(cè)報(bào)告[R].2008.

[3] 劉會(huì)文,高樹棠等.井巷工程[M].北京：煤炭工業(yè)出版社,1989，32-58.

Mining practice of XV coal in Jincheng mining area

The mining practice of XV coal in Wangtai mine was introduced.The coal geological condition,mining method,equipment layout,roof treatment,strata control observation and stoping process were elaborated.The mining suggestion was put forward,which provided reference for coal mining under similar conditions in Jincheng mining area.

XV coal;mining;practice

1672-609X（2010）06-0027-04

TD823

B

2010-04-20

黃晉兵（1977-），男，山西長治人，工程師，主要從事采掘技術(shù)管理工作。