淺談復(fù)雜地質(zhì)條件異形綜采工作面開采技術(shù)

劉正平 李世勁

摘要：寶鼎礦區(qū)煤層沉積環(huán)境屬于陸相沉積環(huán)境，背向斜、斷層影響著煤層的賦存特點，導(dǎo)致煤層賦存情況多變，回采工作面巷道布置及后期回采安全管理都相對困難，對煤礦安全、高效生產(chǎn)影響極大。

關(guān)鍵詞：陸相沉積；構(gòu)造復(fù)雜；異形；綜采工作面

概述 攀煤（集團）公司大寶頂煤礦近幾年通過設(shè)備選型、優(yōu)化開采工藝等，在生產(chǎn)效率上有了顯著的提高，本文主要以大寶頂?shù)V2121-32綜采工作面為例，詳細闡述該工作面的開采技術(shù)難點和特點，總結(jié)經(jīng)驗，為寶鼎礦區(qū)類似條件下安全高效開采奠定基礎(chǔ)，達到推廣目的。

1.工作面及開采煤層情況

2121-32工作面位于大寶頂?shù)V+1220m水平一采區(qū)，上部為4321-38工作面回采280米剩余160米未開采，以南為+1400m四采4421-35工作面已開采完畢，以西為+1220m一采區(qū)2121-34工作面（未布置）。對應(yīng)地面標(biāo)高+1700m～+1610m。

可采煤層分為21-3、22-1兩層煤，21-3與22-1煤層具有明顯的復(fù)合特征，煤矸互層，煤矸厚度累計為2.38m；21-3一般分三個煤分煤，二層夾矸，夾矸分別厚0.08m，0.12m。

煤層頂板為灰白色厚層狀粗砂巖局部含礫石局部含煤晶，平均厚度21.04m，底板為深灰色薄層狀粉砂質(zhì)泥巖夾煤線，厚度2.22m。煤層夾矸多以炭質(zhì)泥巖與泥質(zhì)粉砂巖為主。

2.工作面前期布置

2.1工作面斷層情況

斷層是由于地殼巖層因受力達到一定強度后發(fā)生破裂，并沿著破裂面相對移動后產(chǎn)生的。該工作面受地質(zhì)構(gòu)造影響嚴重，在兩巷掘進過程中，共揭露出九條斷層。

2.2臺階式工作面布置

由于該工作面整體布局受復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造影響，煤層走向基本與斷層走向呈斜交，若繼續(xù)采用原有送巷道方式，直接硬過地質(zhì)構(gòu)造，將會給巷道頂板管理和后期回采期間，造成工作面傾斜長度不斷變化，使工作面在開采過程中需要不斷地縮短或延長工作面刮板輸送機和增減綜采支架，不利于生產(chǎn)的連續(xù)進行，嚴重影響了生產(chǎn)效率。因此在掘進過程中不得不重新布置抬高巷，將工作面布置成臺階狀。

臺階工作面的設(shè)計，是根據(jù)斷層與工作面切割角度的大小，將巷道布置成臺階狀，雖然增加了切眼數(shù)量，但保證了上下兩巷平行，使工作面能夠連續(xù)正規(guī)推進，實現(xiàn)工作面生產(chǎn)與加長切眼安裝平等作業(yè)，集中延長或縮短工作面刮板輸送機的綜采支架，大幅度地提高了工作面的生產(chǎn)效率。

3.影響后期回采因素

3.1斷層及18向斜軸影響

煤巖層產(chǎn)生斷層的區(qū)域是地質(zhì)應(yīng)力作用較強烈的地方，對煤巖層的完整性破壞性非常的大，而且斷層具有導(dǎo)水性，因此在回采過斷層時，頂板和水害嚴重制約著生產(chǎn)。

工作面布置在18向斜軸中，受18向斜軸影響嚴重，共影響走向長度達255m。褶曲構(gòu)造是巖層因在地質(zhì)運動的作用下而變形，行程的一系列連續(xù)彎曲，即巖層在水平壓力應(yīng)力的作用下彎曲而行程的?？梢酝ㄟ^簡單的彈性力學(xué)計算公式計算得出結(jié)論：向斜軸區(qū)域為應(yīng)力、應(yīng)變能集中區(qū)域，應(yīng)力和應(yīng)變能密度等值線沿褶曲分布。

3.2臺階式工作面布置對后期技術(shù)要求

臺階式工作面的布置雖然能極大程度上的提高工作面的生產(chǎn)效率，但是該布置方式將工作面分為Ⅲ段，Ⅰ段走向長311m，傾斜長238m；Ⅱ段走向長385m，傾斜長203m；Ⅲ段走向長83m，傾斜長139m；工作面總走向長779m。在每段回采結(jié)束后都必須與下段支架進行對接，這對回采進度、角度控制和現(xiàn)場操作都是一次非常艱巨的挑戰(zhàn)。

3.3超長工作面布置對回采影響

工作面向前推進，回采到Ⅰ段時，工作面傾斜長度達到238m，后期回采最大將達到270m，對于超長工作面管理工作，我礦在歷史上基本沒有經(jīng)驗，在頂板管理、割煤、運煤、設(shè)備、支架的管理難度上將大大增加。

3.4礦山壓力給工作面回采帶來的影響

3.4.1圍巖不均性質(zhì)分布導(dǎo)致工作面局部壓力分布差異大

2121-32工作面分為三段開采，回采到第一段時，工作面斜長最大達到270m，由于開采煤層斜長較長，圍巖分布不均性質(zhì)，回采期間，在工作面頂板巖層發(fā)生塑性變形后，引起工作面圍巖應(yīng)力重新分布，導(dǎo)致局部受力增大；而且當(dāng)圍巖應(yīng)力發(fā)生變化后，由于頂板頂板巖層抗變形能力差，巖層將發(fā)生屈服變形以達到應(yīng)力平衡，兩巷將出現(xiàn)不同程度的底鼓和冒頂現(xiàn)象。

3.4.2周期來壓影響

工作面的周期來壓是指工作面老頂初次垮落后，工作面老頂由雙支承梁狀態(tài)變?yōu)閼冶哿籂顟B(tài)。當(dāng)工作面推進一定步距后，老頂?shù)膽冶哿涸谑茏灾睾蜕戏礁矌r層的作用下，又會發(fā)生斷裂和垮落，并且給工作面帶來壓力增大，破壞巷道及煤體。

5.工作面回采情況

5.1斷層探測技術(shù)成熟

根據(jù)巷道實際資料綜合分析，共揭露九條斷層。為了摸清這些構(gòu)造在工作面內(nèi)的分布情況，采用先進的無線電波探測技術(shù)對工作面進行探測，摸清這些構(gòu)造在工作面內(nèi)的發(fā)展規(guī)律，以便及時根據(jù)斷層性質(zhì)，發(fā)育情況來作出判斷，設(shè)計出合理方案，及時快速的過斷層。

根據(jù)無線電波透視探測從綜合曲線圖和CT成圖上分析，異常區(qū)域帶較明顯，共圈定三處物探異常區(qū)，集中的異常區(qū)域可能為井下干擾因素，或者是煤層變薄和斷層等地質(zhì)構(gòu)造的影響，由于地質(zhì)構(gòu)造的薄弱帶和煤層的變化帶往往是應(yīng)力集中和瓦斯積聚的區(qū)域，需加強以上異常區(qū)域加強頂板管理和瓦斯監(jiān)測、監(jiān)控。我們通過綜合分析可以詳細了解斷層分布及走向情況，提前做出預(yù)判。

5.2臺階式多切眼支架快速對接技術(shù)成熟

臺階式工作面難度主要在于支架的對接上，針對現(xiàn)場情況，我們提出兩種方案進行對比。

通過對比，我們最終確定結(jié)合方案一和方案二，即：工作面對接前，在工作面1#支架下沿與對接切眼支架上沿畫一條直線。工作面正常推進，保證工作面1#支架下沿沿著推進線推進。當(dāng)抬高運輸巷距切眼10m至15m時，根據(jù)實際情況進行調(diào)角，保證切眼與對接切眼方位基本一致，緩解直接對接后的急彎。對接后，采用小旋轉(zhuǎn)調(diào)角的方法，擺正支架，然后將對接后整個工作面采直。

5.3工作面礦壓及頂板管理

礦壓對工作面煤層硬度及周邊賦存巖層的結(jié)構(gòu)破壞非常嚴重，在實際回采中，由于煤體性質(zhì)較軟，在壓力作用下，會屈服于壓力，煤壁出現(xiàn)形變，所以支架和兩巷支護合理應(yīng)用，會將壓力作用于支護上，所以在回采過程中，保證支護設(shè)備配備合理和完好是非常重要的。在回采過程中可以采用以下方法加強頂板管理：

（1）每班進班前對工作面所有支護進行二次注液，保證初撐力達到要求。

（2）工作面在頂板破碎不完好段采用超前移架的方法，利用好支架前探梁及護幫板，穩(wěn)固上覆煤層。

（3）在移架過程中無法保證支架姿態(tài)，頂板出現(xiàn)冒漏的可采用補打支護的方式即沿工作面傾斜方向，對頂板破碎段進行補打支護，支護方式為錨索配合鋼筋梯（W型鋼帶）、金屬網(wǎng)聯(lián)合支護頂板。

（4）若煤層為粉狀或細顆粒狀無法正常留頂，通過以往經(jīng)驗，可以采用注射美固364固化劑對工作面前方煤體進行加固。

6. 結(jié)語

復(fù)雜地質(zhì)條件下布置回采工作面，是寶鼎礦區(qū)綜合機械化開采較大的技術(shù)難題，只有不斷創(chuàng)新，在諸多困難下，敢于用新理念，新技術(shù)解決難題，用新的管理理念幫助職工沖破目前公司生產(chǎn)安全現(xiàn)狀，通過實踐為今后即將面臨開采深度不斷加深，地質(zhì)構(gòu)造更加復(fù)雜，礦井災(zāi)害更加嚴重的條件下，樹立了礦井持續(xù)高產(chǎn)高效的信心。

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（作者單位：攀煤（集團）公司大寶頂煤礦技術(shù)中心）