綜采工作面過沖刷帶技術(shù)研究

張志智,王清虎,李漢文

(神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)麥垛山煤礦,寧夏銀川 751401)

綜采工作面過沖刷帶技術(shù)研究

張志智,王清虎,李漢文

(神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)麥垛山煤礦,寧夏銀川 751401)

神華寧煤集團(tuán)麥垛山煤礦130602綜采工作面在回采過程中揭露沖刷帶,對工作面的正常回采有一定的影響,根據(jù)沖刷帶成因和現(xiàn)場揭露實(shí)際情況,提出相應(yīng)施工方案,通過方案比較選擇切實(shí)可行的施工方案,并采取相應(yīng)措施,提高了設(shè)備開機(jī)率,保障了施工安全。對類似條件下過沖刷帶具有一定借鑒意義。

沖刷帶；加強(qiáng)支護(hù)；綜采工作面；加強(qiáng)支護(hù)

1 工程概況

神華寧煤集團(tuán)麥垛山煤礦煤層總體結(jié)構(gòu)較簡單,煤層呈北薄南厚之勢,厚度變化較大,煤層類型為半暗淡型煤,弱瀝青光澤,內(nèi)生節(jié)理和構(gòu)造節(jié)理發(fā)育,參差狀斷口,較脆,寬條帶層狀結(jié)構(gòu)。130602工作面為該礦13采區(qū)首采工作面,位于工業(yè)廣場西南側(cè)。所采煤層為六煤,工作面走向長4748 m,傾向長250 m,平均坡度為4度,工作面范圍內(nèi)煤層厚度2.4～4.2 m,工作面采高4 m。

煤層頂?shù)装迩闆r見表1。

130602工作面采用走向長壁綜合機(jī)械化采煤方法,全部垮落法處理采空區(qū),使用ZY10000/22/45D型掩護(hù)式支架,其最大支護(hù)高度為4.5 m,最小支護(hù)高度為2.2 m,目前工作面采高為4.0 m,采煤機(jī)型號為MG750/1920-WD,機(jī)身高度1.594 m,滾筒直徑2.2 m,配套輸送機(jī)為SGZ1000/2×1000型刮板輸送機(jī),轉(zhuǎn)載機(jī)型號為SZZ1200/525,兩部膠帶輸送機(jī)型號均為DSJ140/300/3×630。

表1 煤層頂?shù)装鍘r性特征

2 地質(zhì)構(gòu)造情況

煤層沖刷帶一般是指水流對煤泥層或煤層的沖蝕,并通常由砂質(zhì)沉積物充填而成的地質(zhì)體。沖蝕形成是由于古河流在煤炭層或含煤沉積中流過,使煤泥層或含煤沉積受到?jīng)_蝕[1]。

2.1 沖刷帶分類

一般按與成煤作用關(guān)系的先后分為原生沖刷和后生沖刷兩大類。考慮沖刷帶對煤層侵蝕深度及其對綜采的影響,主要根據(jù)沖刷深厚、殘煤厚度對綜采的影響程度,將沖刷帶劃分為以下4種沖刷程度類型[2]。

(1) 輕度沖刷 沖刷深度小于1 m,殘煤厚度大于2.5 m,僅造成頂板下凸和煤層變薄。綜采機(jī)組能順利通過。

(2) 中度沖刷 煤層沖刷深度1～2 m,殘煤厚度1.7～2.5 m,對綜采有一定影響

(3) 嚴(yán)重沖刷 煤層沖刷深度2～3.5 m,一般殘煤厚度小于1.5 m,對綜采有嚴(yán)影響。經(jīng)挑頂或臥底處理才能通過。

(4) 無煤帶 煤層幾乎全部被沖刷掉,對綜采影響巨大。

2.2 沖刷帶砂體分析

巖性為中粗砂巖。呈灰白色～灰色,中粗粒砂狀結(jié)構(gòu),沖刷帶砂體與煤層之間界線分明,底部沖刷面不平整,接近沖刷帶尖滅部位與煤層呈犬牙交錯關(guān)系。根據(jù)實(shí)際揭露情況,沖刷帶砂體從皮帶巷向回風(fēng)巷方向?qū)挾戎饾u變寬,厚度逐漸變薄[3]。

130602工作面回采至1450 m時(shí)在下口揭露沖刷帶,隨著工作面推進(jìn),沖刷帶從皮帶巷向回風(fēng)巷方向持續(xù)延伸,從頂板向下0.8-1 m,中間厚兩端薄,厚度相對穩(wěn)定,硬度較大。沿工作面走向影響長度140 m,沿工作面傾向影響長度在10～18 m 之間(5～11臺支架),該沖刷帶貫穿整個工作面,平面圖見圖1,剖面圖見圖2。

圖1 平面圖

圖2 剖面圖

3 施工方案的優(yōu)化選擇

3.1 施工方案

結(jié)合沖刷帶在工作面揭露實(shí)際情況,提出了三種方案[4]。

方案一：調(diào)整采高緩過法 工作面沖刷帶區(qū)域巖體普氏系數(shù)較大、揭露范圍廣、厚度相對較薄,且工作面設(shè)備允許的最小高度小于煤層最小高度時(shí),可采取適度降低采高,使工作面設(shè)備在不截巖的情況下緩慢平穩(wěn)地通過沖刷帶構(gòu)造區(qū)域。降低采高將沖刷帶留在液壓支架頂梁以上,對其不進(jìn)行破壞或少破壞。沖刷帶厚度0.8～1 m,影響區(qū)域保持采高3～3.2 m,其他區(qū)域保持采高4 m不變。

方案二：松動爆破法 松動爆破技術(shù)指充分利用爆破能量,使爆破對象成為裂隙發(fā)育體,不產(chǎn)生拋擲現(xiàn)象的一種爆破技術(shù),降低采煤機(jī)截割難度、減少設(shè)備磨損、提高煤炭資源回采率。沿沖刷帶布置一排或兩排炮眼,眼距1 m,炮眼數(shù)量根據(jù)揭露沖刷帶斷面大小確定,每放一茬炮,保證采煤機(jī)割兩刀。

方案三：采煤機(jī)直接截割法 該方法是在綜采工作面受沖刷帶巖體硬度不大、厚度較小、揭露范圍不廣的條件下,直接選擇采煤機(jī)截割沖刷帶巖體及煤壁,使工作面前方不斷形成設(shè)備安置和人員作業(yè)的采落空間。將沖刷帶下面煤用采煤機(jī)滾筒掏空,再從下向上截割,根據(jù)沖刷帶厚度和堅(jiān)硬程度確定截割深度。

3.2 對比分析

方案比較原則：1)技術(shù)上可行；2)經(jīng)濟(jì)上合理；3)安全有保障。

技術(shù)方面：方案一、方案二均可以實(shí)現(xiàn)?！睹旱V安全規(guī)程》(2016版)第117條規(guī)定：工作面遇有堅(jiān)硬夾矸或黃鐵礦結(jié)核時(shí),應(yīng)采取松動爆破措施處理,嚴(yán)禁用采煤機(jī)強(qiáng)行截割。由于沖刷帶硬度大,故方案三在技術(shù)上不可行。

經(jīng)濟(jì)方面：方案一造成煤量損失約900 t，方案二矸石進(jìn)煤流造成煤質(zhì)發(fā)熱量下降。但方案二比方案一對生產(chǎn)影響大,方案二打眼、裝藥、設(shè)警戒、放炮等工序多,每放一茬炮,保證割兩刀,每班放炮2～3次,每次40～60分鐘,影響時(shí)間長,增加了施工成本，降低了設(shè)備開機(jī)率，方案一優(yōu)于方案二。

安全方面：方案一較方案二相對安全,方案二人員進(jìn)入煤幫側(cè)作業(yè),片幫容易造成傷人,放炮對設(shè)備容易損壞,方案一優(yōu)于方案二。

方案二在技術(shù)上可行,但工序環(huán)節(jié)多,對生產(chǎn)影響大,不利于安全管理。因此,確定方案一為最佳方案。

4 技術(shù)措施

4.1 加強(qiáng)支護(hù)

回風(fēng)巷、皮帶巷沖刷帶前后10 m范圍內(nèi)加強(qiáng)支護(hù),保證支護(hù)的數(shù)量和質(zhì)量,沿工作面走向架設(shè)兩排“一梁三柱”?；仫L(fēng)巷超前40 m范圍內(nèi)頂板下沉200～500 mm，漿皮開裂，底鼓量300～600 mm,40 m以外巷道基本穩(wěn)定，變形不明顯，回風(fēng)巷將超前支護(hù)距離由20 m變更為40 m ,皮帶巷超前距離由20 m變更為30 m ,皮帶巷超前30 m范圍內(nèi)頂板下沉150～300 mm，漿皮開裂，上肩窩掉包，底鼓量220～400 mm,30 m以外巷道基本穩(wěn)定，柱距保持1 m不變。回風(fēng)巷支護(hù)圖見圖3，回風(fēng)巷支護(hù)效果圖見圖4。

圖3 回風(fēng)巷支護(hù)圖

圖4 回風(fēng)巷支護(hù)效果圖

4.2 礦壓觀測

做好礦壓觀測,及時(shí)掌握工作面來壓情況;及時(shí)統(tǒng)計(jì)工作面礦壓數(shù)據(jù),確定周期來壓步距離,及時(shí)通報(bào)礦壓情況及注意事項(xiàng)[5]。工作面每15臺支架安裝1臺KJ216-F型礦壓觀測儀，共布置10臺，對本架頂板壓力進(jìn)行監(jiān)測，礦壓觀測儀通過KJ216-F2型分站連接至在線監(jiān)測主線上，監(jiān)測數(shù)據(jù)通過主線傳送至地面，進(jìn)行自動監(jiān)測、記錄。每月安排專人對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。

4.3 偽斜控制

調(diào)節(jié)工作面與沖刷帶的夾角,在工作面回采過程中及時(shí)調(diào)整偽斜,皮帶巷超前回風(fēng)巷,偽斜由4 m調(diào)整至8 m,減少沖刷帶在工作面的暴露長度,以便于頂板的維護(hù)。

4.4 控制采高

根據(jù)實(shí)際條件合理控制采高。沖刷帶處采高越高,對頂板的破壞越嚴(yán)重,不但影響煤質(zhì),而且采高過大支架穩(wěn)定性差、容易對設(shè)備造成損壞,采高過低容易導(dǎo)致壓死支架、產(chǎn)能降低。因此,根據(jù)支架狀況和采煤機(jī)運(yùn)行空間,在沖刷帶影響段將工作面采高控制在3.0～3.2 m,其余區(qū)域采高保持4.0不變。

4.5 超前移架

當(dāng)周期來壓,頂板破碎,當(dāng)刮板輸送機(jī)推移到位后,發(fā)現(xiàn)端面距達(dá)到800 mm時(shí),必須及時(shí)超前拉架,以防止頂板冒落[5]。將工作面支架升平升緊,頂梁接實(shí)頂板,確保支架初撐力達(dá)到設(shè)計(jì)值,將支架一次性移到位、打出伸縮梁、護(hù)幫板,及時(shí)護(hù)住頂板煤壁,并調(diào)整好支架間隙,防止架間漏矸,從而控制好工作面頂板。

5 結(jié)論

煤層沖刷帶是一種常見的地質(zhì)構(gòu)造,對回采影響隨著其分布范圍、厚度及硬度不同而不同。根據(jù)工作面揭露沖刷帶實(shí)際情況，通過方案優(yōu)化,采取加強(qiáng)支護(hù)、礦壓觀測、超前移架等切實(shí)可行的過沖刷帶技術(shù)措施,有效地控制了頂板,保證了工作面正常、安全回采,減少了生產(chǎn)影響時(shí)間,降低了施工成本,取得了較好的經(jīng)濟(jì)效果。

[1] 侯志星.淺談煤層沖刷帶及其處理[J].山西焦煤科技，2014(8)：148-149.

[2] 楊子榮，蔣福興，趙寶良.煤層及頂?shù)装遄儺惡蜎_刷帶研究[A].//中國煤田地 質(zhì)專業(yè)委員會 2 年學(xué)術(shù)年會論文集[C].西安：西安電子科技大學(xué)出版社,2001:50-55.

[3] 尹晉平.淺談煤層沖刷帶特征及預(yù)測研究[N].山西科技報(bào).2011-11-10(15).

[4] 劉憲正，張智，朱維強(qiáng).綜采工作面過沖刷帶方法選擇及實(shí)踐[J].煤炭技術(shù)，2015(4)：36-39.

[5] 楊帥，李海濤.綜采工作面過沖刷斷層帶技術(shù)實(shí)踐[J].陜西煤炭，2015(1)：109-110.

Scouring fully mechanized coal face with technology research

ZHANG Zhi-zhi,WANG Qing-hu,LI Han-wen

(MaiduoshanCoalMineofShenhuaNingxiaCoalIndustryGroup,Yinchuan,751401,China)

Shenhua Ningxia Coal Mine Maiduoshan 130602 mechanized mining face uncovered in the mining process with erosion,have a certain impact on the normal working face,exposing the actual situation in accordance with the causes and scour the scene,the corresponding construction plan,by comparison program choose practical construction program,and to take appropriate measures to improve the operation rate of the equipment to ensure the safety of construction.Reference to a certain Scouring band under similar conditions.

Scouring Zone; Reinforced support; Fully mechanized face; Reinforced support

2016-06-08

張志智(1983-),男,寧夏固原人,大學(xué)畢業(yè),神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)麥垛山煤礦工程師,主要從事井下技術(shù)管理工作。E-mail：zhangzhizhi@nxmy.com

TD823.97

A

1672-7169(2016)04-0052-04