大埋深薄基巖條件下底分層工作面回采技術(shù)研究

張立文　付玉斌

摘要：本文介紹了河南能源化工集團(tuán)焦煤趙固一礦東一盤區(qū)11111工作面下分層11112工作面在埋深大、頂板松散層厚度大、頂板基巖薄等特點的地質(zhì)情況下，通過采用注漿加固煤墻、頂板、煤層及頂板注水、規(guī)范現(xiàn)場操作、強(qiáng)化支架檢修等措施。解決了頂板冒落、煤墻片幫、頂板空頂?shù)繇?、工作面推進(jìn)困難等問題。

關(guān)鍵詞：趙固一礦；大埋深；底分層工作面；回采技術(shù)

趙固一礦生產(chǎn)地質(zhì)條件復(fù)雜，井深、沖積層厚、基巖薄、地壓大、水壓高、頂?shù)装逅紘?yán)重、煤層頂板穩(wěn)定性差，隨著礦井東翼地區(qū)頂分層煤開采范圍逐步加大，頂分層工作面接替較為緊張，為保證礦井生產(chǎn)正常，亟需對礦井底分層進(jìn)行開采。根據(jù)趙固一礦東一盤區(qū)頂分層工作面回采期間礦壓顯現(xiàn)情況，煤層頂板板梁結(jié)構(gòu)不明顯，上下順槽超前影響范圍大，上覆基巖自穩(wěn)性差，架后冒落矸石為泥團(tuán)狀結(jié)構(gòu)，預(yù)計開采二分層時，因再生頂板完整性差，頂?shù)装迤茐纳疃葧哟螅踩夭呻y度將增大，而目前國內(nèi)煤礦多采用放頂煤開采工藝回采煤炭，類似井田地質(zhì)條件下可借鑒底分層煤開采技術(shù)經(jīng)驗較少，底分層開采技術(shù)已成為制約趙固一礦安全生產(chǎn)發(fā)展的瓶頸。

一、工作面概況及回采過程中存在的主要問題

（一）工作面概況

趙固一礦位于焦作煤田東部、太行山南麓。本井田煤系地層上部被巨厚新生界地層覆蓋，新生界地層平均厚480m，煤層埋藏深度平均580m。本文主要研究的11112工作面為趙固一礦東一盤區(qū)11111工作面下分層工作面，北鄰東翼回風(fēng)大巷，東為已回采的11131工作面，西為已回采的11091工作面，南為實體煤。工作面開采煤層為二1煤層，煤層平均厚度為2.5m，平均傾角為-4°。工作面沿走向布置，走向長度平均為857m（至停采線），傾向長度為181m，面積為155117m2，可采儲量（2.5m）為52.7萬t，服務(wù)年限為8.8個月。工作面采用傾斜分層走向長壁下行垮落采煤法，綜合機(jī)械化采煤工藝，沿煤層人工假頂回采，底分層設(shè)計采高2.5-3.0m，煤厚小于2.5m時采高為2.5m，煤厚大于2.5m時，采高與煤厚一致。采用全部垮落法處理采空區(qū)。

（二）回采過程中存在的主要問題

趙固一礦11112工作面為東一盤區(qū)11111工作面下分層工作面，具有頂板松散層厚度大、頂板基巖薄等特點。11112工作面設(shè)計采高2.5-3.0m，煤厚小于2.5m時采高為2.5m，煤厚大于2.5m時，采高與煤厚一致。由于11111工作面回采期間對后續(xù)回采工作考慮不足且管理不規(guī)范，沒有對采空區(qū)進(jìn)行灑漿處理，造成二次假頂銹結(jié)質(zhì)量較差，加之頂板松散層厚度大、頂板基巖薄，工作面頂板管理較為困難，11112工作面自投產(chǎn)以來工作面頂板掉矸問題較為普遍，對工作面正常生產(chǎn)及煤質(zhì)影響極大。

二、主要技術(shù)措施設(shè)計

（一）注漿加固煤墻、頂板

采用固特結(jié)加固料對工作面煤墻和頂板進(jìn)行預(yù)注漿加固，提高煤墻和頂板的穩(wěn)定性，防止片幫、冒頂。

2.注漿壓力要求：注漿壓力0.5-1MPa。

3.注漿要求及注漿孔布置：

（1）整體要求：將工作面劃分為兩個區(qū)段，1-60架為第一區(qū)段，61-120架為第二區(qū)段，每天注一個區(qū)段，循環(huán)交替進(jìn)行。

（2）注漿孔布置：

①對當(dāng)天所注區(qū)段頂板、煤壁完整情況進(jìn)行分析，頂板、煤壁較為完整地段注漿孔間距7.5m，頂板、煤壁較差段注漿孔間距3m。

②根據(jù)近三天工作面頂板、煤壁完整情況進(jìn)行連續(xù)分析，確定容易片幫、掉矸地段進(jìn)行布孔注漿，注漿孔間距3-5m。

③對工作面已出現(xiàn)片幫、掉矸的地段進(jìn)行布孔注漿，注漿孔間距3-5m。

4.對已出現(xiàn)較嚴(yán)重的頂板漏矸地段（高度達(dá)到2m以上）注充填料進(jìn)行維護(hù)頂板。

（二）煤層及頂板注水

采用煤壁及頂板注水措施，改變煤體物理力學(xué)性質(zhì)，濕潤煤體并促進(jìn)頂板銹結(jié)。提高煤墻和頂板的穩(wěn)定性，防止片幫、冒頂。

1.注水孔設(shè)計：注水孔深度6m，孔口距頂板1-1.5m，注水孔與水平夾角14-19度，終孔位置進(jìn)入假頂400-600mm。見圖2。

2.注水時間及封孔

（1）煤層注水鉆孔施工及注水工作在檢修班進(jìn)行。

（2）封孔參數(shù)及封孔工藝：封孔采用橡膠快速封孔器封孔，封孔器長度為1m，封孔深度不小于1m。

3.注水參數(shù)

（1）注水壓力：采用乳化泵注水，注水壓力為8～10MPa。

（2）單孔注水時間：實際單孔注水時間以煤壁出水或滲水時為準(zhǔn)。

4.操作流程

（1）施工注水鉆孔。

（2）安裝注水器，并接通液壓管路。

（3）打開注水閥門進(jìn)行注水，同時觀察煤墻變化。每次最多4個孔同時進(jìn)行注水。

（4）當(dāng)煤墻出現(xiàn)滲水等現(xiàn)象時，關(guān)閉注水閥門，待卸壓后取出注水器。

（三）規(guī)范現(xiàn)場操作

1.支架工

（1）工作面支架全部拉超前架維護(hù)頂板（需挑頂段除外）。

（2）割煤期間采取追機(jī)移架，拉架滯后采煤機(jī)后滾筒不超過10架。

（3）超前采煤機(jī)前滾筒不超過2架收回護(hù)幫板，滯后前滾筒不超過2架伸出伸縮梁并打開護(hù)幫板維護(hù)頂幫。

（4）支架頂梁高度要與工作面假頂層位一致，嚴(yán)禁支架升過頂板。

（5）調(diào)整好支架狀態(tài)，嚴(yán)禁出現(xiàn)倒架、擠架、栽頭架、仰頭架、頂梁錯差、架間隙過大等情況出現(xiàn)。

（6）支架初撐力不小于24MPa（頂板漏矸、空頂段除外）。

（7）必須采取帶壓擦頂移架。

2.采煤機(jī)司機(jī)操作要求

（1）控制好工作面采高，保持在2.6-3m。endprint

（2）保證工作面煤壁平直，嚴(yán)禁留傘檐。

（3）與支架工配合好，拉架滯后時要及時降低采煤機(jī)割煤速度或停機(jī)。

（四）強(qiáng)化支架檢修

1.保證支架伸縮梁、護(hù)幫板能夠正常動作，方便支架工維護(hù)頂板、煤壁；保證支架立柱完好，不漏液，能夠較好的支撐頂板；保證支架液壓系統(tǒng)完好，方便支架操作；保證支架推槽、拉架機(jī)構(gòu)正常，能夠?qū)崿F(xiàn)支架快速拉移。

2.現(xiàn)場必須有以下備用設(shè)備：護(hù)幫板、護(hù)幫板千斤頂、伸縮梁千斤頂、伸縮梁托板、推移桿、推移千斤頂、十字頭、常用液壓管。

3.工作面護(hù)幫板、推移桿出現(xiàn)損壞時次日必須進(jìn)行更換；護(hù)幫板、伸縮梁、推移桿千斤頂出現(xiàn)損壞的當(dāng)天必須更換；十字頭及銷軸、液壓管路出現(xiàn)損壞的當(dāng)班必須進(jìn)行更換。

三、現(xiàn)場工程實踐核心要點及效果評價

（一）現(xiàn)場工程實踐核心要點

1.在化學(xué)漿注漿加固方面，通過合理調(diào)整注漿孔開孔位置、注漿孔角度、注漿孔深度等參數(shù)，將終孔位置調(diào)整至假頂以上400-600mm，從而能夠有效加固再生頂板，控制頂板冒落。同時通過漿液擴(kuò)散，已破碎存在裂隙煤體受化學(xué)漿粘結(jié)成塊，能夠有效控制煤墻片幫。

2.通過對煤層高壓注水，改變煤體物理力學(xué)性質(zhì)，能夠有效減少煤墻片幫、頂板空頂?shù)繇穯栴}，同時通過對再生頂板注水，在一定程度上能夠促進(jìn)頂板銹結(jié)，控制頂板冒落。

（二）效果評價

通過加強(qiáng)工作面注漿質(zhì)量管理、注水質(zhì)量管理及拉架質(zhì)量管理，工作面片幫、掉矸問題較前期有明顯好轉(zhuǎn)，前期每小班推進(jìn)0.5-1刀，目前每小班推進(jìn)1-2刀，推進(jìn)速度較前期明顯加快。

四、結(jié)語

通過采取各項措施，明顯改善了11112工作面生產(chǎn)條件，頂板掉矸問題明顯減少，架前人工裱褙荊片等施工有所減少，有效降低了現(xiàn)場施工安全隱患。

在目前我礦接替緊張的形勢下，11112工作面推進(jìn)速度的加快能夠有效緩解我礦其他采煤工作面生產(chǎn)壓力。

11112工作面底分層工作面開采在我礦乃至趙固礦區(qū)尚屬首例，隨著頂層工作面的持續(xù)快速回采及大巷開拓工程的嚴(yán)重滯后，底分層工作面回采技術(shù)的不斷摸索與優(yōu)化，對我礦持續(xù)高效發(fā)展意義重大。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：張立文（1986.05-），男，河南焦作人，畢業(yè)于河南理工大學(xué)采礦工程專業(yè)，本科，助理工程師。endprint