司栓柱

（大同煤礦集團(tuán)地煤公司,山西 大同 037003）

引 言

該礦為煤與瓦斯突出礦井,4號(hào)、5號(hào)煤層埋深800m,工作面開(kāi)采時(shí)面臨高瓦斯、高地應(yīng)力情況,十分不利于綜采工作面安全正常推進(jìn)。由于4號(hào)、5號(hào)煤層瓦斯含量高、壓力大,若采用抽采鉆孔極易發(fā)生瓦斯噴孔等事故。經(jīng)論證分析,采用卸壓開(kāi)采進(jìn)行區(qū)域瓦斯治理,但該礦6號(hào)煤層地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜,存在大量小斷層,且瓦斯含量較高,因此,只能將軟巖層作為開(kāi)采保護(hù)層進(jìn)行卸壓開(kāi)采。卸壓開(kāi)采是目前最有效的瓦斯治理方法［1］。

1 工程概況

由地質(zhì)勘探可知,位于6號(hào)煤層頂板上方20m處有厚度為6.2m的泥巖,該巖層硬度較低,賦存狀態(tài)及頂?shù)装褰Y(jié)構(gòu)穩(wěn)定,適于進(jìn)行開(kāi)采。經(jīng)過(guò)有關(guān)論證,在該泥巖層布置綜采工作面進(jìn)行保護(hù)層開(kāi)采,命名為131綜采工作面。利用131綜采工作面對(duì)4號(hào)、5號(hào)、6號(hào)煤層進(jìn)行卸壓增透,實(shí)現(xiàn)瓦斯抽采與治理的同時(shí)保證位于4號(hào)、5號(hào)煤層綜采工作面正常推進(jìn)［2］。

131軟巖綜采工作面位于4號(hào)、5號(hào)煤層下方60m,6號(hào)煤層上方20m,原始瓦斯含量估算為30m3/t,設(shè)計(jì)采高3m,傾向長(zhǎng)度為156m,走向長(zhǎng)度為900m,采用綜合機(jī)械化單向下行采巖工藝,綜采工作面支架采用順序移架方式。

2 軟巖保護(hù)層工作面綜采支持技術(shù)

2.1 地質(zhì)保障技術(shù)

對(duì)軟巖層位的控制是軟巖綜采工作面正常推進(jìn)的關(guān)鍵,為此,應(yīng)建立以災(zāi)源識(shí)別、地質(zhì)構(gòu)造等為基礎(chǔ)的科學(xué)地理信息體系［3］。

地理信息采集工作。依靠直流電法、鉆探法、音頻透視法等勘探技術(shù)手段對(duì)軟巖綜采工作面進(jìn)行地上地下全方位地理信息采集工作。

地理信息動(dòng)態(tài)化管理。將已掌握的地理信息及巖層地質(zhì)勘探資料等與現(xiàn)場(chǎng)勘探成果結(jié)合組成地理信息動(dòng)態(tài)化管理平臺(tái)系統(tǒng)。對(duì)軟巖綜采工作面的地質(zhì)問(wèn)題進(jìn)行準(zhǔn)確判定和及時(shí)處理,為軟巖綜采工作面生產(chǎn)提供保障［4］。

2.2 全方位優(yōu)化技術(shù)

1）綜采面設(shè)計(jì)優(yōu)化。131軟巖綜采工作面是作為保護(hù)層進(jìn)行開(kāi)采的,開(kāi)采長(zhǎng)度、開(kāi)采高度如果較小則影響卸壓效果,開(kāi)采長(zhǎng)度、開(kāi)采高度如果過(guò)大則造成浪費(fèi),綜合卸壓效果、地質(zhì)構(gòu)造情況等因素設(shè)計(jì)采高3m,傾向長(zhǎng)度為156m,走向長(zhǎng)度為900m,采用綜合機(jī)械化單向下行采巖工藝,實(shí)現(xiàn)綜采面設(shè)計(jì)優(yōu)化。

2）輔運(yùn)系統(tǒng)優(yōu)化的實(shí)現(xiàn)。131軟巖綜采工作面機(jī)巷與風(fēng)巷分別長(zhǎng)1 090m與1 030m,兩巷多處坡度起伏高達(dá)15°左右,材料設(shè)備運(yùn)輸困難,人員行走困難勞動(dòng)強(qiáng)度較大。對(duì)輔運(yùn)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化,在兩巷通道布置單吊軌車,井下工作人員與工作面物料均通過(guò)人吊掛與單吊軌車運(yùn)輸,減少設(shè)備運(yùn)輸過(guò)程中的破壞及工作人員的工作強(qiáng)度,實(shí)現(xiàn)輔運(yùn)系統(tǒng)的優(yōu)化。

3）主運(yùn)系統(tǒng)優(yōu)化。軟巖綜采工作面采出主要為矸石,為了不影響煤流系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn),需要一套獨(dú)立的運(yùn)矸系統(tǒng),因此,將礦井早期的老副井改造為矸石提升井,在井上與井下均建立膠帶輸送機(jī)排矸系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了排矸系統(tǒng)膠帶化,主運(yùn)系統(tǒng)連續(xù)化,采掘的快速連續(xù)作業(yè),提高了排矸工作的效率,實(shí)現(xiàn)了主運(yùn)系統(tǒng)的優(yōu)化。

4）維修系統(tǒng)優(yōu)化。礦山機(jī)電維修是礦山生產(chǎn)的重要組成部分,該礦建立了綜采設(shè)備維修管理平臺(tái),設(shè)備維修效率與維護(hù)質(zhì)量均顯著提高,主要機(jī)械故障率降低,主要部件實(shí)現(xiàn)急速供應(yīng),綜采設(shè)備實(shí)現(xiàn)了信息化管理,實(shí)現(xiàn)了維修系統(tǒng)的優(yōu)化。

3 軟巖保護(hù)層工作面綜采主導(dǎo)技術(shù)

3.1 工作面圍巖穩(wěn)定性控制技術(shù)

3.1.1 巷道圍巖穩(wěn)定性控制技術(shù)

1）回風(fēng)巷及運(yùn)輸巷支護(hù)。131軟巖綜采工作面回風(fēng)巷及運(yùn)輸巷巷高與巷寬分別為4.3m、3.4m,兩巷凈斷面尺寸為14.62m2。針對(duì)軟巖易發(fā)生破碎的特點(diǎn),兩巷采用“錨錨帶網(wǎng)”結(jié)合及時(shí)注漿的聯(lián)合支護(hù)方式。

2）回風(fēng)巷及運(yùn)輸巷的超前支護(hù)。回風(fēng)巷及運(yùn)輸巷在超前工作面5m～8m,采用抹帽進(jìn)行超前棚支護(hù)。抹帽采用DZ型單體液壓支柱配合直徑0.3m的半圓木料交錯(cuò)進(jìn)行拉鎖木棚。雖然進(jìn)行了超前支護(hù)作業(yè),但回風(fēng)巷及運(yùn)輸巷一些區(qū)域頂板壓力仍然較大,為了保障工作面正常作業(yè)及人員安全,實(shí)行作業(yè)面礦壓動(dòng)態(tài)管理。

3.1.2 采場(chǎng)圍巖穩(wěn)定性控制技術(shù)

131軟巖綜采工作面的采場(chǎng)使用ZY7200/12/21型掩護(hù)式液壓支架進(jìn)行支護(hù),工作面內(nèi)共布置71架液壓支架。

1）采空區(qū)的圍巖控制。軟巖綜采工作面推進(jìn)后,采空區(qū)采用全部垮落法進(jìn)行采空區(qū)頂板的礦壓控制,采空區(qū)依次進(jìn)行退錨及切頂柱回撤工作,為保證安全采用遠(yuǎn)距離回柱方式進(jìn)行回柱。

2）工作面過(guò)斷層圍巖控制技術(shù)。依據(jù)該軟巖層存在的斷層地質(zhì)構(gòu)造特征,采用超前層位對(duì)接技術(shù)、微差爆破工藝、帶壓短時(shí)移架等措施,確保軟巖綜采工作面迅速通過(guò)斷層。

3）當(dāng)軟巖巖層中砂巖厚度小于1.5m時(shí),軟巖綜采工作面采用單排眼布置：當(dāng)軟巖巖層中砂巖厚度大于1.5m時(shí),軟巖綜采工作面采用三花眼布置。對(duì)斷層構(gòu)造盡量詳細(xì)勘測(cè),工作面推進(jìn)時(shí)進(jìn)行超前預(yù)判,煤機(jī)不進(jìn)行強(qiáng)行截割,預(yù)先剎底、挑頂,保證工作面安全推進(jìn)至斷層另一盤,回歸正常開(kāi)采,完成工作面過(guò)斷層時(shí)超前層位的對(duì)接。示意圖如圖1。

3.1.3 動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)及反饋

為監(jiān)測(cè)巷道頂幫移進(jìn)量、頂板離層量及錨桿載荷等數(shù)據(jù),于工作面安裝監(jiān)測(cè)分站,測(cè)站間距根據(jù)工作面生產(chǎn)狀況而定,將道頂幫移進(jìn)量、頂板離層量及錨桿載荷,礦壓數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)反饋至相關(guān)部門,對(duì)于工作面安全生產(chǎn)管理、兩巷的加強(qiáng)支護(hù)都有重大的意義［5］。

3.2 液壓支架選型與設(shè)備配套

1）支架選型。綜采工作面的采場(chǎng)使用ZY7200/12/21型掩護(hù)式液壓支架進(jìn)行支護(hù),支護(hù)強(qiáng)度0.95MPa,初撐力4673－5 321kN,將采空區(qū)與工作面隔開(kāi),改善軟巖壁片幫程度,可滿足設(shè)計(jì)要求。

2）設(shè)備配套。為保證施工連續(xù)化以及減少工作時(shí)的設(shè)備故障率,綜采工作面對(duì)煤機(jī)設(shè)備和其他機(jī)械設(shè)備都有較高的要求。在設(shè)備選型時(shí),需要選取具有良好裝巖效果的滾筒、高可靠性行走機(jī)構(gòu)、高可靠性液壓系統(tǒng)、高可靠性支撐滑靴組件等煤機(jī)設(shè)備以及具有高耐磨、高強(qiáng)度、高韌性、免維護(hù)等獨(dú)特性能的運(yùn)輸設(shè)備。

3）設(shè)備配件。軟巖面回采時(shí),根據(jù)工作面生產(chǎn)應(yīng)用和經(jīng)濟(jì)效益選用合適的截齒類型。從現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用考慮,肯納金屬在使用過(guò)程中磨損不均勻容易損壞齒靴甚至齒座；株洲雙力與齒靴配合過(guò)緊,拆換困難,但效益最高；安徽澳德更換頻繁,耐磨度較差；山特維克截齒耐用度最高,便于檢修和管理,有利于連續(xù)作業(yè)。各類截齒消耗表見(jiàn)表1。

表1 截齒消耗表

4 軟巖保護(hù)層工作面綜采保障技術(shù)

4.1 多災(zāi)害防控技術(shù)

1）瓦斯防治技術(shù)措施。為保證礦山的安全生產(chǎn),采用多種措施相結(jié)合進(jìn)行瓦斯治理是煤礦安全管理的重要措施。

2）防治水技術(shù)措施。根據(jù)礦山地質(zhì)情況,當(dāng)工作面過(guò)砂巖裂隙富水條帶時(shí),制定水安全技術(shù)方案,確保施工安全；在工作面機(jī)、風(fēng)巷低洼處預(yù)掘水倉(cāng),配備排水管1趟和電泵2臺(tái),電泵排水能力不低于60m3/h,其中,1臺(tái)使用,1臺(tái)備用,并加強(qiáng)維護(hù)。

3）防塵技術(shù)措施。在131軟巖面回采過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的粉塵,一方面,降低工作面生產(chǎn)效率,另一方面,引發(fā)塵肺病,損害工人身心健康,一般的注水消塵措施對(duì)巖層工作面效果不大,必須針對(duì)巖石工作面條件采取自主防護(hù)、通風(fēng)除塵、灑水降塵、塵源控制等綜合防治措施。

4.2 勞動(dòng)組織保障

在軟巖面放炮作業(yè)時(shí),采用“四六制”作業(yè)方式,既能保證放炮作業(yè)的正常循環(huán)作業(yè),又能保證作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化,提高了生產(chǎn)效率。

5 結(jié)語(yǔ)

1）131軟巖面自試生產(chǎn)以來(lái),工作面推進(jìn)度合理,三機(jī)配套能保證工作面的正常生產(chǎn),確保了軟巖工作面安全順利回采。

2）軟巖保護(hù)層工作面在回采過(guò)程中,瓦斯抽采效果較好,沒(méi)有發(fā)生瓦斯超限事故,提高了礦山安全系數(shù)。

3）兩巷棚式支護(hù)存在一定的安全隱患,應(yīng)增強(qiáng)工作面支護(hù)強(qiáng)度,優(yōu)化設(shè)計(jì)端頭支架,保障安全高效回采。

4）在礦山生產(chǎn)過(guò)程中,由于環(huán)境的復(fù)雜性,設(shè)備故障率、磨損程度以及材料消耗等因素影響軟巖面的回采速度,需要新技術(shù)、新材料、新工藝、新設(shè)備的研究。

參考文獻(xiàn)：

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