基本頂直覆之下合理采煤工藝實(shí)踐研究

程晉孝

(淮南礦業(yè)集團(tuán)潘集第一煤礦，安徽 淮南 232082)

潘一礦經(jīng)過(guò)多年的開(kāi)采，采場(chǎng)能力不足，西翼采區(qū)不得不提高回采上限開(kāi)采。1602(3)上提工作面是礦井當(dāng)年的重點(diǎn)接替工作面，因此，該面安全開(kāi)采的可行性、技術(shù)路線的成功與否是亟待研究解決的課題。

1 工作面概況

1602(3)工作面設(shè)計(jì)(見(jiàn)圖1)位于潘一礦西三上山采區(qū)F8正斷層～F5逆斷層之間，為13-1煤實(shí)體塊段。工作面走向長(zhǎng)750 m，面長(zhǎng)147.6 m。正常段13-1煤厚1.9～4.9 m，平均厚約3.4 m，煤層平均傾角6°。煤層頂板為基本頂直覆，基本頂砂巖累計(jì)均厚13 m、最大厚度27 m。

2 初期綜采遇到的難題

2.1 回采裝備

工作面可采走向長(zhǎng)695 m，傾斜長(zhǎng)147.6 m，切眼中下部揭露H=0.9 m及H=2.5 m兩個(gè)正斷層組成的煤層變薄帶，傾向影響70 m。工作面安裝ZZ6400/18/38型液壓支架(實(shí)際工作阻力7200 kN)100架，MG650/1620型 采 煤 機(jī) 一 臺(tái)，SGZ-1000/2×700型刮板輸送機(jī)一臺(tái)。

圖1 1602(3)工作面巷道布置圖

2.2 工作面初次來(lái)壓情況

該面于當(dāng)年8月29日由綜采二隊(duì)進(jìn)行試生產(chǎn)，9月4日16:00工作面初次來(lái)壓開(kāi)始顯現(xiàn)，9月6日中班回采1峒煤后，工作面來(lái)壓顯現(xiàn)明顯(此時(shí)，平均推進(jìn)36.7 m，不含切眼7.6 m)，來(lái)壓集中在構(gòu)造帶附近。工作面中部液壓支架安全閥大面積卸液，支架活柱伸出量迅速減少，38～65架煤機(jī)無(wú)法通過(guò)。來(lái)壓時(shí)支架頂梁上方及老塘頂板突然下沉壓在支架上，頂板沒(méi)有明顯斷裂和臺(tái)階下沉現(xiàn)象。

2.3 工作面礦壓觀測(cè)情況

工作面總共設(shè)置10組觀測(cè)點(diǎn)，每10架一組，每組兩個(gè)壓力表。通過(guò)統(tǒng)計(jì)分析：初采時(shí)，支架前、后立柱壓力均在11.8～16 MPa，壓力較??；9月7日左右壓力達(dá)到峰值，支架前、后立柱均在35 MPa以上，之后大致維持在30 MPa左右。

礦壓變化情況見(jiàn)圖2。

圖2 工作面礦壓觀測(cè)曲線圖

2.4 工作面搶險(xiǎn)

9月6日成立了搶險(xiǎn)領(lǐng)導(dǎo)小組，抽調(diào)大量人員協(xié)助綜采二隊(duì)人工臥底，強(qiáng)行推進(jìn)。但進(jìn)度異常慢，9月6日至～9月26日，工作面僅推進(jìn)9.1m(上6.2m、下12m)。

因工作面中部發(fā)育煤層變薄帶，人工打眼放炮臥底，工作量大；同時(shí)，礦壓顯現(xiàn)劇烈，每次臥好鏈板機(jī)及架腳后待拉架時(shí)，支架立柱又被壓死，導(dǎo)致工作面重復(fù)臥底、拉架、壓架，進(jìn)度緩慢且支架損毀嚴(yán)重。9月29日停止搶險(xiǎn)，決定拆除部分設(shè)備，改造工作面。

3 后期普采工作面

3.1 工作面新切眼設(shè)計(jì)、安裝

工作面新切眼撇開(kāi)構(gòu)造，設(shè)計(jì)位于1號(hào)異常區(qū)以外，切眼中距老工作面煤壁128m，斜長(zhǎng)148m，設(shè)計(jì)凈斷面3.0×2.7m。

工作面改造后采用高檔普采，設(shè)備使用MG2-150/375型采煤機(jī)，SGZ630/264型運(yùn)輸機(jī)和SGZ150型轉(zhuǎn)載機(jī)。在新切眼工字鋼棚內(nèi)套DZ-28單體，配合HDJA-1000鉸接梁，一梁一柱走向棚。

3.2 新工作面初次放頂

初放期間，工作面采用3～5排管理，10 m一個(gè)木垛(中-中)，抗棚、抗柱架設(shè)齊全。為防止工作面老塘懸頂不冒落，減輕基本頂來(lái)壓對(duì)工作面的影響，對(duì)老塘側(cè)頂板進(jìn)行松動(dòng)爆破強(qiáng)制放頂。具體措施：初采3峒(3 m)后，在切頂線處向老塘頂板進(jìn)行打眼，回柱后裝藥放炮。炮眼采用單排眼直線式布置，炮眼深度2.2 m(可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體情況適當(dāng)調(diào)整)，眼距沿傾斜方向2.0～3.0 m，仰角60°，每孔內(nèi)裝藥量2卷，裝2個(gè)雷管同時(shí)起爆。第一次強(qiáng)制放頂必須使老塘頂板形成一道溝，否則必須補(bǔ)打炮眼。在工作面回采35 m時(shí)，老塘頂板可以充分冒落，證明強(qiáng)制放頂措施有效，頂板、煤幫壓力得到了有效釋放。

3.3 為避開(kāi)大斷層影響，改造工作面順槽

由于下順槽在F8、f9、f10斷層附近，為減輕大斷層對(duì)回采的影響，在距切眼465 m位置重新改造順槽，面長(zhǎng)縮短了27 m。提前做好改造順槽后，在供電、出煤系統(tǒng)切換時(shí)，工作面僅停采一天就恢復(fù)了正常生產(chǎn)。

3.4 礦壓觀測(cè)

與安徽理工大合作，在工作面及上、下風(fēng)巷布點(diǎn)觀測(cè)。布點(diǎn)觀測(cè)一個(gè)月期間，觀測(cè)到三次周期來(lái)壓，來(lái)壓步距依次分別為8.5m、5.5m、9m。周期來(lái)壓步距范圍為5.5～9m，平均來(lái)壓步距為7.8m。周期來(lái)壓較頻繁，來(lái)壓持續(xù)時(shí)間大約為三個(gè)小班。周期來(lái)壓期間工作面最大工作阻力平均在17～23MPa，非周期來(lái)壓期間的工作阻力平均在6～9MPa。

根據(jù)觀測(cè)，工作面前方16m范圍內(nèi)為采動(dòng)影響劇烈區(qū)，巷道頂?shù)缀蛢蓭鸵平俣容^快，最大移近速度為85mm/d。

3.5 工作面收作

合理確定收作位置并編制針對(duì)性收作措施。工作面采取套棚收作，每棚一梁三柱，中柱用單體。收作期間采高保持1.8m以上高度，收作結(jié)束時(shí)老塘木棚腿鉆底量在0.4～0.8 m之間，壓力不明顯，煤幫穩(wěn)定，說(shuō)明收作位置選擇恰當(dāng)，避開(kāi)了周期來(lái)壓影響，僅用時(shí)3 d，工作面安全收作。該面共累計(jì)出煤39.6萬(wàn)t，月產(chǎn)最高達(dá)到6.4萬(wàn)t，平均推進(jìn)度3.5峒/天，安全無(wú)事故。

4 開(kāi)采成敗原因分析

4.1 綜采工作面壓架原因分析

（1）潘一礦之前曾經(jīng)回采了7個(gè)提高上限工作面， 1402(3)工作面為第一個(gè)采用綜采工藝的工作面。1402（3）工作面與1602（3）工作面地質(zhì)條件相似，其工作面開(kāi)切眼中部標(biāo)高均為-400 m左右，頂板也為基本頂直覆。1402（3）工作面使用西德生產(chǎn)的ZLEG320型掩護(hù)式支架，其工作阻力為3200 kN，后改為蘇南4400/17/35型支架，其工作阻力為4400 kN，初次來(lái)壓時(shí)均出現(xiàn)壓架現(xiàn)象。

（2）1602（3）工作面也為基本頂直接覆蓋在煤層之上，初采時(shí)基本頂難以垮落，老塘得不到有效充填，導(dǎo)致基本頂初次跨落時(shí)，切頂線在支架上方，老塘、支架、煤壁構(gòu)成的力學(xué)體系失衡。工作面壓力顯現(xiàn)劇烈，壓力直接作用在支架頂梁上，頂板壓力超過(guò)支架的工作阻力，導(dǎo)致安全閥自動(dòng)卸液，支架立柱長(zhǎng)時(shí)間過(guò)負(fù)荷承載頂板壓力，未能起到有效的支撐作用，最終導(dǎo)致壓架。

（3）相關(guān)的研究單位對(duì)上述情況論證后，給出了綜采工作面必須采用高工作阻力支架(至少要選用9958 kN/架以上)的建議。

（4）1602（3）工作面切眼和巷道設(shè)計(jì)在構(gòu)造帶附近，礦山壓力更加突出。

（5）工作面不能保證正規(guī)循環(huán)，推進(jìn)速度較慢，增加了支架負(fù)擔(dān)，一旦壓架，搶險(xiǎn)工作將十分困難。

4.2 高檔普采工藝的經(jīng)驗(yàn)

（1）開(kāi)切眼避開(kāi)構(gòu)造及應(yīng)力集中區(qū)，運(yùn)輸巷避開(kāi)大斷層重新改造，降低應(yīng)力集中。

（2）加強(qiáng)礦壓觀測(cè)，摸清來(lái)壓規(guī)律，加強(qiáng)工作面強(qiáng)制放頂，減輕老頂來(lái)壓時(shí)對(duì)工作面的影響。制定了工作面初放期間強(qiáng)制放頂方案，對(duì)老塘側(cè)頂板進(jìn)行松動(dòng)爆破，取得了預(yù)期效果。

（3）加強(qiáng)場(chǎng)管理，提高工程質(zhì)量。工作面正常回采按3～4排管理，每10 m架設(shè)一個(gè)木垛，并使用好抗棚、抗柱、鐵鞋；周期來(lái)壓期間，老塘側(cè)加強(qiáng)點(diǎn)柱或增設(shè)木垛，單體采取遠(yuǎn)距離回柱操作；煤機(jī)停放位置盡量放在頂板較好區(qū)域并避開(kāi)構(gòu)造帶；頂板破碎區(qū)域，煤機(jī)不得強(qiáng)行硬割，采取機(jī)、炮、鎬掘聯(lián)采方式平穩(wěn)通過(guò)。

（4）加強(qiáng)機(jī)電設(shè)備保運(yùn)轉(zhuǎn)工作。初采期間在保證檢修質(zhì)量的同時(shí)，縮短檢修時(shí)間，確保3峒/天的推進(jìn)度，不破循環(huán)。

5 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)1602（3）提高回采上限工作面屬于基本頂直接覆蓋煤層的特點(diǎn)，在采用綜采工藝效果較差時(shí)，有針對(duì)性地采用高檔普采，合理布置切眼和巷道，規(guī)避應(yīng)力集中區(qū)，強(qiáng)化強(qiáng)制放頂措施，提高正規(guī)循環(huán)率，實(shí)現(xiàn)了工作面的安全回采。