高志超，李　霞

（1．中煤平朔集團有限公司井工三礦，山西　朔州　036006；2．中煤平朔集團有限公司井工二礦，山西　朔州　036006）

綜放工作面過風(fēng)氧化帶關(guān)鍵技術(shù)研究

高志超1，李霞2

（1．中煤平朔集團有限公司井工三礦，山西朔州036006；2．中煤平朔集團有限公司井工二礦，山西朔州036006）

摘要井工三礦由于其地質(zhì)條件的特殊性，以后將長期在風(fēng)氧化帶條件下施工，為了研究工作面過風(fēng)氧化帶的施工工藝，總結(jié)出了加強頂板管理及風(fēng)氧化煤與正常原煤動態(tài)分采分運系統(tǒng)相互結(jié)合的過綜放工作面風(fēng)氧化帶技術(shù)，為該礦綜放工作面安全過風(fēng)氧化帶奠定了基礎(chǔ)，具有較強的指導(dǎo)和推廣價值。

關(guān)鍵詞綜放工作面；風(fēng)氧化帶；技術(shù)研究

風(fēng)氧化煤層距離新地層的底部含水層較近，煤層頂板巖層受沉積作用引起裂隙發(fā)育、孔隙率高且強度衰減快、承載能力與自穩(wěn)性能較差，頂板控制較難。開采過程中，導(dǎo)水裂隙帶會溝通上部含水層，引起突水潰砂事故，對煤礦的安全高效開采帶來不利影響。

鑒于風(fēng)氧化煤埋藏較淺、可控程度較高、開采成本低等優(yōu)點。隨著人們對風(fēng)氧化煤巖層物理和化學(xué)屬性的了解，加上礦井裝備和技術(shù)水平的提高，已經(jīng)有部分資源衰老礦井對風(fēng)氧化煤進行了局部的嘗試性的開采，效益良好，但是對風(fēng)氧化煤開采的關(guān)鍵技術(shù)和理論認識還不完全，發(fā)生過一些重大事故。

風(fēng)氧化煤開采面臨的三大突出問題［1－5］：節(jié)理裂隙發(fā)育和軟弱頂板的管理和控制技術(shù)；受采動影響的上覆巖層的變形規(guī)律；上覆巖層的水文條件和含水層的滲透性能。

1　井工三礦風(fēng)氧化概況

由于平朔井工三礦的煤層賦存較淺，大面積的煤層被風(fēng)氧化。井工三礦在回采已經(jīng)結(jié)束的39101、39103、39104工作面均發(fā)現(xiàn)了大面積風(fēng)氧化區(qū)，其中39104工作面存在規(guī)格為200×100 m2的風(fēng)氧化區(qū)；目前正在回采的39107工作面已發(fā)現(xiàn)了3處風(fēng)氧化區(qū)，規(guī)格分別為126×210 m2、102×71 m2、38×58 m2；經(jīng)過地面鉆探39108工作面發(fā)現(xiàn)2處風(fēng)氧化區(qū)，規(guī)格分別為362×294 m2和81×78 m2；39109工作面存在2處風(fēng)氧化區(qū)，規(guī)格分別為296×148 m2和109×59 m2；39110工作面在走向850 m處發(fā)現(xiàn)風(fēng)氧化區(qū)。

風(fēng)氧化作用會造成煤巖層裂隙發(fā)育、巖體孔隙率增加，使得風(fēng)氧化煤巖導(dǎo)水能力大大提高。當采掘空間與導(dǎo)水風(fēng)氧化煤巖連通時，頂板砂巖水會通過風(fēng)氧化帶導(dǎo)水通道進入采掘空間，見圖1。

圖1　風(fēng)氧化帶導(dǎo)通頂板水示意圖

造成透水事故。頂板巖層受風(fēng)氧化作用后，原生裂隙進一步發(fā)育，使得頂板整體性差，破碎程度增加，部分區(qū)域甚至遇水呈泥糊狀，見圖2。風(fēng)氧化帶嚴重影響了采掘工作面頂板管理、煤質(zhì)管理和安全生產(chǎn)工作，對礦井正常的采掘活動極為不利。井工三礦正處于開采初期，還將長時間面臨風(fēng)氧化帶問題的困擾。

圖2　風(fēng)氧化遇水泥化頂板示意圖

平朔井工三礦在建設(shè)過程中，積極采用煤層巷道錨桿支護技術(shù)，但隨著煤巷掘進范圍的不斷擴大和錨桿支護技術(shù)應(yīng)用的不斷深入，相關(guān)的一些針對性地質(zhì)和技術(shù)問題也越發(fā)明顯?，F(xiàn)場實踐表明，井工三礦煤巷圍巖的水文和地質(zhì)條件復(fù)雜，尤其是特大斷面厚層軟弱破碎頂板煤巷的礦山壓力及其控制具有挑戰(zhàn)性，其主要難點表現(xiàn)在：1）巷道斷面超大。2）軟弱破碎的煤體和泥巖組成煤巷頂板，厚度大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，層理和構(gòu)造裂隙極為發(fā)育，上位泥巖層含水且與上覆含水層相鄰，頂板自身不易形成穩(wěn)定的支護結(jié)構(gòu)。3）巷道兩幫節(jié)理裂隙發(fā)育，斷面較大會引起片幫現(xiàn)象加重。傳統(tǒng)的支護方式難以保證綜放面安全高效過風(fēng)氧化帶。

2　綜放工作面過風(fēng)氧化帶技術(shù)

2．1工作面條件

1）概況。

39101工作面位于井工三礦首采區(qū)的西面，北靠煤層露頭，南臨9＃煤輔運大巷，西靠井田邊界，東與39102工作面相接。工作面設(shè)計走向長為1 573 m，傾斜寬240 m。9煤層全區(qū)發(fā)育，厚度為8．95～12．45／10．895 m，煤層傾角－5．5°～＋5°／3．5°。工作面煤層底板標高為1 212～1 281 m，地面標高為1 373～1 403 m。地表為黃土山坡，溝谷發(fā)育，大部分地表被森林覆蓋。

2）煤層及頂?shù)装鍘r性特征。

9＃煤層位于太原組中下部，煤層發(fā)育穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一般為3～5層夾矸，夾矸巖性多為泥巖，局部為透鏡狀粗砂巖。9煤層偽頂為炭質(zhì)泥巖，厚0～0．6 m，，直接頂為泥巖或砂質(zhì)泥巖，厚2．2～6．41 m，老頂為中粗砂巖，厚20．36～23．10 m，直接底為泥巖或砂質(zhì)泥巖，厚為0～5．75m，老底為中粗砂巖，厚為0．52～3．6 m。

3）地質(zhì)構(gòu)造。

39101工作面為一單斜構(gòu)造，南高北低。斷裂構(gòu)造較為簡單，小斷層發(fā)育，勘探資料表明，區(qū)內(nèi)沒有落差大于4 m的斷層發(fā)育，但受區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力影響，煤層及其頂?shù)装迳皫r裂隙發(fā)育。

2．2風(fēng)氧化情況

根據(jù)物探資料表明，39101工作面由于煤層埋藏淺，上部4＃煤層已完全氧化，9＃煤層在地表溝谷發(fā)育處，局部或全部風(fēng)氧化。風(fēng)氧化煤的存在，給39101工作面安全生產(chǎn)造成了極大影響，尤其是風(fēng)氧化煤與頂板含水層中的水結(jié)合，極易形成冒頂和突水事故，并伴隨泥石流災(zāi)害發(fā)生。在施工39101工作面主運巷、輔運巷、回風(fēng)巷時都遇到此類事故。

39101工作面6月底進入風(fēng)氧化帶影響區(qū)，該風(fēng)氧化帶距離停采線650 m，自機尾向機頭方向延伸，預(yù)計沿工作面走向影響范圍185 m，傾向影響范圍0～175 m，風(fēng)氧化帶煤層結(jié)構(gòu)松散，遇水成泥糊狀，分布不均，影響范圍變化較大。

2．3綜放工作面過風(fēng)氧化帶技術(shù)應(yīng)用

為了防止39101工作面冒頂和突水事故的發(fā)生，在保證煤質(zhì)的前提下最大程度提高正常原煤產(chǎn)量，保證工作面安全高效通過風(fēng)氧化帶，特制定實施了兩方面措施如下：

2．3．1綜放工作面過風(fēng)氧化帶應(yīng)加強頂板控制

1）頂板破碎時，移架實行追機作業(yè)。頂梁伸出后要達到不小于24 MPa的初撐力，以有效支護頂板。支架前梁要及時伸出，迅速將頂板接實，防止頂板漏冒事件的發(fā)生。保證支架穩(wěn)定、打結(jié)嚴實，禁止咬架、錯架現(xiàn)象的出現(xiàn)。

2）工作面上下端頭處不放煤，支架尾梁和插板相關(guān)的閥組要鎖緊，保證端頭頂煤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，利于端頭頂板控制。

3）根據(jù)支架圍巖理論，工作面要嚴格控制好采高和層位，始終沿煤層底板掘進，保證支架底座與頂?shù)装褰訉崱?/p>

4）超前支護和端頭支護因各種原因需進行重新打單體支柱或架棚時，應(yīng)采取先打后回的方法。楔子要打牢，跨溜子的雙楔棚要牢固可靠，不要過早拆除。

5）工作面回采期間上端頭3臺端頭支架、下端頭3臺支架必須鋪金屬網(wǎng)，網(wǎng)的壓茬不小于100 mm，每隔200 mm用14＃鐵絲雙股擰好，金屬網(wǎng)要鋪平，拉緊上下巷的頂網(wǎng)并聯(lián)好。鋪聯(lián)網(wǎng)要在前部刮板輸送機的支架側(cè)操作，嚴禁站在刮板輸送機里和電纜槽上。每次鋪聯(lián)網(wǎng)要留有足夠的余量，以便于下次鋪聯(lián)，鋪聯(lián)好的網(wǎng)要吊掛在支架頂梁上，避免被采煤機滾筒割到。

6）主運、回風(fēng)巷因頂板破碎局部冒落出現(xiàn)網(wǎng)兜時，需要將網(wǎng)兜中的碎矸放掉并將網(wǎng)兜重新聯(lián)好。巷道頂板掉頂、片幫嚴重時需重新補打錨桿。出現(xiàn)變形或開裂嚴重等礦壓顯現(xiàn)時，應(yīng)重新編制措施進行整改。

7）回采過程中，兩巷的錨桿、錨索托盤要及時拆卸，以保證采空區(qū)的頂板能及時冒落。

8）回風(fēng)、主運巷及出口和端頭支護的雙楔梁和鉸接頂梁要鉸接使用，不同型號規(guī)格的頂梁以及鉸接頂梁和雙楔梁不得混用。

2．3．2動態(tài)分采分運系統(tǒng)

由于受風(fēng)氧化帶影響范圍內(nèi)的煤質(zhì)差，進入選煤廠后對洗選設(shè)備影響較大，因此風(fēng)氧化煤不能洗選。為保證煤質(zhì)，最大程度提高正常原煤產(chǎn)量，可將工作面割煤、放煤與運煤系統(tǒng)有機結(jié)合，實現(xiàn)風(fēng)氧化煤與正常原煤的動態(tài)分采分運。

風(fēng)氧化煤與正常原煤的動態(tài)分采分運系統(tǒng)是指運煤系統(tǒng)隨出煤煤質(zhì)的變化而變化。當工作面主采正常原煤時，運煤系統(tǒng)將煤運至正常原煤煤倉；工作面主采風(fēng)氧化煤時，運煤系統(tǒng)將煤運至風(fēng)氧化煤倉。兩套運煤系統(tǒng)線路一致，只是在落地處設(shè)置不同的出煤口，將煤落至不同的煤倉。兩套運煤系統(tǒng)啟動時，應(yīng)協(xié)調(diào)掘進面出煤對系統(tǒng)的影響，防止出現(xiàn)風(fēng)氧化煤與正常原煤摻混。

若工作面內(nèi)頂煤上部存在大范圍穩(wěn)定的風(fēng)氧化煤，風(fēng)氧化煤與正常原煤比重相當，且煤層具有明顯的風(fēng)氧化煤與正常原煤分界面時，可采用多輪循環(huán)放煤配合運煤系統(tǒng)進行分采分運。首先第一輪將下部正常原煤放出，放煤口出現(xiàn)風(fēng)氧化煤即關(guān)，此時運煤系統(tǒng)為正常原煤運煤系統(tǒng)；第二輪放煤前將運煤系統(tǒng)調(diào)整為風(fēng)氧化煤運煤系統(tǒng)，然后將上部風(fēng)氧化煤放出。

2．4應(yīng)用結(jié)果及技術(shù)經(jīng)濟效益分析

采用綜放面過風(fēng)氧化帶關(guān)鍵技術(shù)以后，39101工作面安全高效的通過了風(fēng)氧化帶，未出現(xiàn)冒頂和涌水事故，同時提高了煤質(zhì)，保證了運往洗煤廠的煤全部正常洗選，與以往同條件工作面回采相比，月產(chǎn)量提高20萬t，多回收11萬t正常煤。39101工作面的成功事例對今后類似條件下工作面的回采具有重要的參考價值。

3　結(jié)　論

通過井工三礦工作面過風(fēng)氧化帶的現(xiàn)場成功試驗，證明了加強頂板管理及風(fēng)氧化煤與正常原煤動態(tài)分采分運系統(tǒng)相互結(jié)合的過綜放工作面風(fēng)氧化帶技術(shù)的安全性、可行性，為該礦提供了一整套綜放工作面過風(fēng)氧化帶的關(guān)鍵技術(shù)，具有較強的指導(dǎo)和推廣價值。

參考文獻

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中圖分類號：TD823．8

文獻標識碼：B

文章編號：1672－0652（2014）01－0026－03

收稿日期：2013－11－07

作者簡介：高志超（1985—），男，山西大同人，2007年畢業(yè)于中北大學(xué)，工程師，主要從事掘進技術(shù)和管理工作（E－mail）liujiangweizhimeng＠163．com

Study on the Key Technology of Fully Mechanized Caving Face Cross the Wind Xidation Zone

Gao Zhi－chao，Li Xia

AbstractBecause of the particularity of geological conditions of Jinggong third coal mine，there will lead to the construction in wind oxidation zone for a long time．In order to study the construction technology of heading face cross wind oxidation zone，summarized the key technology of full mechanized caving face cross wind oxidation zone that combined strengthen roof management with the system of oxidized coal and normal coal transport separately，for the fully mechanized caving face crosswind oxidation zone laid a solid foundation，have strong guide and promotional value．

Key wordsFully mechanized caving face；Wind oxidation zone；Research