極近距離煤層綜采開采技術(shù)探究

陳 喜

（大同煤礦集團地煤公司， 山西 大同 037000）

引言

20世紀(jì)80年代后期，小煤礦如雨后春筍遍地生根，加之小煤礦私采亂挖、超導(dǎo)越界現(xiàn)象時有發(fā)生，致使相鄰的國有煤礦資源受到嚴(yán)重破壞，迫使部分國有煤礦存在吃肥棄瘦、向更深煤層延深的現(xiàn)象，從而形成與小煤礦竟相爭奪煤炭資源的怪象，導(dǎo)致部分上層極近煤層礦資源“呆滯”，嚴(yán)重影響了煤炭資源的綜合利用。

1 工作面四鄰及地表情況

馬口煤礦8202工作面位于侏羅系11-2號煤層，由2202和5202兩條順槽切割而成。其東部為實體煤，南部為11-1號層盤區(qū)大巷，西部為礦井猴車行人巷，北為小煤礦破壞區(qū)，上覆為小煤礦的3號、7號、11-1號煤層采空區(qū)（刀柱、倉房），其中距11-1號層間距為0.7～1.2 m，平均0.8 m，屬極近距離煤層。對應(yīng)地表無建筑物和構(gòu)筑物，屬荒地。工作面埋深210～230 m。2202和5202順槽掘進時均采用臥底留設(shè)0.8 m的頂煤形式進行掘進。

針對工作面上覆3號、7號、11號采空積水，為使探放水工作有的放矢，聘請地質(zhì)勘探部門完成了該面的地面物探，根據(jù)物探報告提示的疑似區(qū)，由礦探水隊對3號、7號積水疑似區(qū)使用ZYJ-1000/135II型架柱式鉆機，采用井下向上施工鉆孔的方法進行探放，經(jīng)驗證未發(fā)現(xiàn)疑似區(qū)存在積水[1]。

根據(jù)瞬變電磁視電阻率斷面圖與3號、7號煤視電阻率平面圖以及各測線電壓剖面圖、3號、7號煤電壓平面圖，綜合分析，圈定異常區(qū)2處，由于測區(qū)上覆2號煤不可采，根據(jù)調(diào)查，該區(qū)域3號、7號煤均已經(jīng)采空，故推斷解釋該2處異常區(qū)為3號、7號煤層采空區(qū)積水引起，分別編號為積水區(qū)A1、積水區(qū)A2。

根據(jù)瞬變電磁視電阻率斷面圖與11號煤視電阻率平面圖以及各測線電壓剖面圖、11號煤電壓平面圖綜合分析，圈定異常區(qū)4處，據(jù)調(diào)查，該測區(qū)11號煤已經(jīng)全部采空，故推斷解釋該4處異常區(qū)為11號煤層采空區(qū)積水引起，分別編號為積水區(qū)B1、積水區(qū)B2、積水區(qū)B3、積水區(qū)B4。

2 采煤工藝

2.1 8202工作面設(shè)備選擇

工作面MG250/560-WD1型交流變頻調(diào)速無鏈牽引采煤機；ZY6000/12/24型掩護式（前探為抽屜式）液壓支架；ZY6000/16/30端頭液壓支架；ZYG6000/12/24過渡支架；SGZ764/400型刮板輸送機；PLM-110破碎機；SZZ764/132轉(zhuǎn)載機（全封閉式）；順槽采用膠帶輸送機STJ1000/125。采空區(qū)處理采用自然垮落法進行管理頂板。

2.2 回煤工藝

割煤—移架—推移刮板輸送機。具體如下：

2.2.1 采煤機割煤、裝煤

采煤機采用雙向割煤，以截齒旋轉(zhuǎn)破煤，螺旋葉片旋轉(zhuǎn)裝煤，往返一次進兩刀，采煤機進刀方式采用中部斜切進刀，進刀段長度不小于30 m，截深0.6 m，割煤時前滾筒割頂?shù)?，后滾筒割底刀，兩滾筒旋轉(zhuǎn)方向相背，煤壁要割平直，傘沿最大突出部分不得超過200 mm。割煤時必須做到先開水后開機、先停機后停水。

2.2.2 移架

支架采用本架手動操作，移架工作按采煤機前進方向依次順序進行，移動步距0.63 m。在采煤機割完頂?shù)稌r，將支架伸縮梁及時伸出維護煤壁頂板，保證頂板完整性，做到每割一架伸一架。移架時最多滯后采煤機后滾筒2～3架，并承載移架，一次移到位。移架后及時升架，由于11-1號與11-2號層間距僅0.8 m，加之受采空擾動影響，11-2號層頂板（0.8 m層間距）較薄，難以達到24 MPa的工作阻力，根據(jù)現(xiàn)場實地實驗，確定支架的工作阻力達到10～15 MPa時，工作面頂板既不垮落又不漏頂，因而支架工作阻力被確定為10～15 MPa。

2.2.3 推移刮板輸送機

推移刮板輸送機滯后移架10～15 m，刮板輸送機彎曲段長度不小于15 m，彎曲度最大不超過3°，并保持彎曲段圓滑。推移后的刮板輸送機必須保持平、穩(wěn)、直。

2.3 工作面正規(guī)循環(huán)生產(chǎn)能力

式中：W為工作面正規(guī)循環(huán)生產(chǎn)能力，t；L為工作面平均長度，123.6 m；S為工作面循環(huán)進尺，0.6 m；h為工作面設(shè)計采高，1.8 m；γ 為煤的容重，t/m3，取 1.35；c為回采率，98%。

代入數(shù)據(jù)計算得W=176.6 t。

3 頂板管理

3.1 支護設(shè)計

3.1.1 支架校驗

工作面頂板壓力，依據(jù)的計算公式

式中：8～10為采高系數(shù)，取最大10；M為采高，取1.8 m；r為頂板巖石平均容重，取2.5 t/m3；P額為支架額定支護強度，0.73 MPa。

代入數(shù)據(jù)計算得P＝45t/m2=0.45MPa＜0.73MPa。

根據(jù)上述計算得知，工作面支護強度大于頂板來壓強度。

3.1.2 選擇支護材料

8202工作面選用ZY6000/12/24、ZY6000/16/30型支撐掩護式液壓支架支護頂板，端頭支護,超前支護采用 DW-31.5、DW-35型單體液壓支柱配3.6/3.8 mπ型花邊鋼梁進行支護。

3.1.3 乳化液泵站

泵站：BRW200/31.5型，2臺（1臺使用，1臺備用），泵站位于2202巷電氣列車處。根據(jù)所使用支架型技術(shù)參數(shù)，泵站壓力不低于30 MPa，乳化液配制使用乳化自動液配比器，乳化液配比濃度為3%～5%。

3.2 工作面頂板管理

8202工作面選用86架支架，其中80架ZY6000/12/24型液壓支架支護頂板；端頭支護使用4架ZY6000/16/30型液壓支架支護頂板，工作面頭部2架，尾部2架；過渡支護使用2架ZYG6000/12/24過渡支架支護頂板，工作面頭尾各一架，采用及時支護方式，最小控頂距4.106 m，最大控頂距4.736 m[2]。

3.3 運輸順槽、回風(fēng)順槽及超前支護管理

3.3.1 端頭支護

兩端頭支架外側(cè)以及刮板輸送機頭尾頂板采用液壓單體支柱配合π型花邊鋼梁支護，單體采用DW28或DW31.5型，柱距1.0 m，支設(shè)范圍為放頂線到煤壁線，工作面端頭支架距煤幫小于0.5 m時，端頭將不進行支護；超過0.5 m時，應(yīng)平行支架架設(shè)一排π型花邊鋼梁支護，一排π型花邊鋼梁下支設(shè)單體3根；每增加0.6 m，增加一排π型花邊鋼梁。

3.3.2 工作面運輸巷、回風(fēng)巷的頂板管理

2202運輸順槽和5202回風(fēng)順槽掘進時，已采用錨桿、錨索、局部鋼棚聯(lián)合支護，錨桿間距1 m，排距1 m；上層實體時錨索為兩排，間距為3 m，排距2.0 m。

3.3.3 超前支護

兩順槽采用一梁三柱進行支護（單體支柱配合3.8/3.6 mπ型花邊鋼梁），2202、5202順槽巷始終保持三排20 m范圍的超前支護，其中超前支護柱距1 m，排距1 m，并按規(guī)定留好人行通道，超前支護上好防倒、防墜裝置，單體支柱初撐力≥90 kN[3]。

3.4 礦壓觀測

采用YHY-60型液壓支架測力儀分別安裝在5號、25號、35號、45號、55號架，進行液壓支架的支護阻力實時監(jiān)測，并每天對礦壓數(shù)值進行分析比對，根據(jù)礦壓顯現(xiàn)8202工作面的初次來壓步距為19 m，周期來壓步距為28 m。

4 結(jié)語

通過采用井下放水、均壓通風(fēng)、綜采斜切推進、臥底挑頂、采空區(qū)噴灑阻化劑的方法，使原本棄置的資源重放“異彩”。經(jīng)過近3.5個月的開采，8202工作面順利開采成功，共采出煤炭8.2萬t，按市場價格300元/t計算，則可增加收入2 460萬元，為礦井在極近距離煤層的開采奠定了基礎(chǔ)。

參考文獻

[1]張向陽，常聚才.上下采空極近距離煤層開采圍巖應(yīng)力及破壞特征研究[J].采礦與安全工程學(xué)報，2014（4）：77-78.

[2]王濤，張剛，李金霞，等.近距離煤層開采巷道布置優(yōu)化研究[J].礦業(yè)研究與開發(fā)，2012（5）：112-113.

[3]朱濤，張百勝，馮國瑞，等.極近距離煤層下層煤采場頂板結(jié)構(gòu)與控制[J].煤炭學(xué)報，2010（2）：88-89.