綜采工作面過(guò)煤層沖刷帶工藝方案

張忠池

（霍州煤電集團(tuán)汾源煤業(yè)有限公司生產(chǎn)科，山西 霍州 035100）

1 工程概況

霍州煤電集團(tuán)汾源煤業(yè)主采8號(hào)煤層，煤厚4.60～13.90m，平均10.5m，煤層傾角25°～30°，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，既有斷層又有沖刷帶。頂板巖性為泥巖或砂質(zhì)泥巖、粉砂巖，底板巖性為砂質(zhì)泥巖、泥巖或細(xì)粒砂巖，屬全井田可采的穩(wěn)定煤層。工作面使用ZZS5300支架配套滾筒式采煤機(jī)開(kāi)采。

8114工作面距切眼700m處受到一沖刷地質(zhì)構(gòu)造帶的影響，導(dǎo)致工作面沿傾向方向上約6m寬范圍形成一條帶狀的無(wú)煤區(qū)，該沖刷帶巖性為灰白色中砂巖。8114工作面沖刷帶平面示意圖如圖1所示。

由于沖刷帶主要是由于水流對(duì)泥炭層或煤層的沖蝕作用形成的，根據(jù)該沖刷帶實(shí)況分析可知，該沖刷帶是煤層頂板形成以后的后生沖蝕作用所造成的。后生沖蝕形成的沖刷帶主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)：（1）在平面上沿著水流方向呈帶狀分布，薄煤帶或無(wú)煤帶呈多種多樣的形態(tài)；（2）煤層的頂板遭受剝蝕；（3）沖蝕帶附近煤層光澤變暗，灰分增高，裂隙發(fā)育；（4）沖刷帶規(guī)模大，往往形成大面積的薄煤帶或無(wú)煤帶。

圖l 8114工作面沖刷帶平面示意圖

2 綜采面過(guò)煤層沖刷帶方案選擇

2.1 方案一：采煤機(jī)截割直接通過(guò)

采煤機(jī)截割直接通過(guò)的方案只適用于沖刷帶巖體硬度較小，厚度較小的區(qū)域。

優(yōu)點(diǎn)：可節(jié)省煤巖巷的掘進(jìn)工程量、支護(hù)材料和人工費(fèi)用等，影響生產(chǎn)的時(shí)間短，且能夠減少搬家產(chǎn)生的費(fèi)用。

缺點(diǎn)：僅適用于沖刷帶厚度h＜0.5m、普氏系數(shù)f＜4的沖刷帶，同時(shí)還要控制采煤機(jī)的推進(jìn)速度在2～3m/min，具有很大的局限性。

2.2 方案二：炮采工藝通過(guò)

炮采工藝主要是采用爆破能量使煤體成為裂隙發(fā)育體，起到輔助開(kāi)采的作用。一般用來(lái)降低截割難度，減少采煤機(jī)的磨損。

優(yōu)點(diǎn)：可節(jié)省150m巖巷的掘進(jìn)工程量、支護(hù)材料和人工費(fèi)用等。

缺點(diǎn)：開(kāi)采過(guò)程中需對(duì)沖刷帶進(jìn)行打眼放炮處理巖石，由于工作面為全巖石，因此打眼放炮工程量大，支架、電纜、管路維護(hù)比較困難，且損壞比較嚴(yán)重，對(duì)工作面刮板運(yùn)輸機(jī)損壞相當(dāng)嚴(yán)重，對(duì)于巷道的頂板管理困難，影響生產(chǎn)時(shí)間難以估計(jì)，且安全生產(chǎn)系數(shù)較低。

2.3 方案三：提前施工搬家，重新掘進(jìn)切眼巷

沖刷帶長(zhǎng)度長(zhǎng)、厚度大、巖性堅(jiān)硬時(shí)必須要考慮在該工作面的前方新開(kāi)掘切眼巷的方式進(jìn)行開(kāi)采，保障開(kāi)采設(shè)備的安全。

優(yōu)點(diǎn)：避免開(kāi)采過(guò)程中對(duì)沖刷帶進(jìn)行打眼放炮處理巖石工作，減小對(duì)支架、電纜和管路損壞。

缺點(diǎn)：增加了150m半煤巖工程量、支護(hù)材料費(fèi)和人工費(fèi)等。同時(shí)需進(jìn)行一次小搬家，至少影響生產(chǎn)20d，增加一部分停采支護(hù)和搬家產(chǎn)生的費(fèi)用。

2.4 方案四：超前掏掘形成空巷，然后支護(hù)通過(guò)

在工作面開(kāi)采過(guò)程中，提前對(duì)煤層沖刷地質(zhì)構(gòu)造帶進(jìn)行掏掘，使其成為一條空巷，再及時(shí)采取錨桿、錨索配合單體液壓支柱聯(lián)合支護(hù)和空巷煤柱側(cè)圍巖注漿的形式，便于采煤機(jī)組的順利通過(guò)。

優(yōu)點(diǎn)：避免開(kāi)采過(guò)程中對(duì)沖刷帶進(jìn)行爆破工作，而且不用施工搬家，影響生產(chǎn)的時(shí)間較短，減少了支架等設(shè)備維護(hù)和搬家的費(fèi)用。

缺點(diǎn)：增加了150m全巖工程量、掘進(jìn)支護(hù)材料費(fèi)和人工費(fèi)等，同時(shí)需對(duì)空巷進(jìn)行合理的支護(hù)，支護(hù)技術(shù)需合理有效。

根據(jù)8114綜采工作面沖刷帶的實(shí)際情況，該沖刷帶厚度h≥0.5m，影響推進(jìn)長(zhǎng)度L1=380m，工作面揭露長(zhǎng)度l=84m，沖刷帶巖體普氏系數(shù)8≤f≤10。從該數(shù)據(jù)可以看到，該沖刷帶厚度大，長(zhǎng)度長(zhǎng)，巖性堅(jiān)硬，因此無(wú)法采用方案一中的采煤機(jī)直接截割過(guò)沖刷帶。通過(guò)綜合比較后三種方案，方案二和方案三影響生產(chǎn)時(shí)間長(zhǎng)，安全系數(shù)低且費(fèi)用較高，方案四較方案二、方案三更加合理，主要是提前對(duì)沖刷帶進(jìn)行處理，減少了影響生產(chǎn)的時(shí)間，投入小，產(chǎn)出大，效益高，安全系數(shù)高。

3 綜采工作面過(guò)空巷控制技術(shù)

工作面過(guò)沖刷帶掘掏形成空巷后，必須采取相應(yīng)的支護(hù)控制技術(shù)，主要采取錨桿、錨索配合局部點(diǎn)柱支護(hù)和空巷煤柱側(cè)圍巖注漿的形式。

3.1 強(qiáng)力錨桿索加固支護(hù)

8114綜采工作面沖刷帶超前掏掘形成的空巷高2.0m，寬6.5m，考慮到圍巖破壞情況和強(qiáng)烈采動(dòng)影響，必須采用強(qiáng)力錨桿索加固支護(hù)技術(shù)，從而防范工作面進(jìn)入空巷時(shí)發(fā)生冒頂。針對(duì)8114綜采工作面的地質(zhì)生產(chǎn)條件，確定巷道錨桿索支護(hù)方案如下：

（1）頂錨桿采用Ф18mm×1700mm高強(qiáng)螺紋鋼錨桿，樹(shù)脂加長(zhǎng)錨固，預(yù)緊力矩不得低于140N·m，錨桿排間距1000mm×1000mm。

（2）頂板單體錨索采用Ф15.24mm×4500mm高強(qiáng)預(yù)應(yīng)力錨索，樹(shù)脂加長(zhǎng)錨固。預(yù)緊力不低于120kN。

（3）針對(duì)空巷已冒頂或頂板變形較大的區(qū)域采用木支柱進(jìn)行支護(hù)以使過(guò)空巷時(shí)端面頂板具有足夠的支撐力，木支柱采用Ф200mm×2000mm的優(yōu)質(zhì)圓木，相鄰木支柱間距為2.5m?？梢?jiàn)圖2支護(hù)斷面示意圖。

圖2 錨桿索支護(hù)方案支護(hù)斷面示意圖

3.2 注漿固結(jié)

8114綜采工作面過(guò)空巷期間空巷煤柱側(cè)支承應(yīng)力會(huì)逐漸增加，需采用注漿措施進(jìn)行加固，確保煤柱的穩(wěn)定。注漿固結(jié)修復(fù)方案的參數(shù)設(shè)定如下：注漿鉆孔長(zhǎng)度3.0m，最終漿液擴(kuò)散范圍大于5.0m；每排布置2個(gè)注漿孔，間距1.0m×5.0m，上位孔距頂板1.0m，傾角10°；注漿材料馬麗散樹(shù)脂：催化劑=1:1，雙液注漿系統(tǒng)，注漿壓力6MPa。

3.3 過(guò)空巷的施工組織和安全技術(shù)措施

（1）過(guò)空巷前應(yīng)加大檢修力度，加強(qiáng)工作面定檢，保證機(jī)電設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常，保證三機(jī)配套設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

（2）合理調(diào)斜工作面，減少空巷一次暴露面積。在距空巷前60m開(kāi)始對(duì)工作面進(jìn)行調(diào)斜工作，做到尾超前頭15m左右，使工作面支架從尾向頭逐步通過(guò)空巷，每推進(jìn)1m最多有7個(gè)支架進(jìn)入空巷，大大減少了空巷的一次暴露面積。

（3）加強(qiáng)空巷的支護(hù)力度，提高工作面抵御集中壓力的能力。在工作面距離空巷60m對(duì)空巷進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，補(bǔ)支木支護(hù)200根，補(bǔ)單體液壓支柱200根，補(bǔ)假頂護(hù)頂工字鋼50根，有力地保證切眼的支護(hù)剛度，為采煤機(jī)快速通過(guò)空巷提供了有力的支承保證。

4 結(jié)論

結(jié)合霍州煤電集團(tuán)汾源煤業(yè)地質(zhì)條件，對(duì)比過(guò)煤層沖刷帶四種解決方案，最終確定選用超前掘掏形成空巷、機(jī)組直接推采的第四方案。

針對(duì)空巷提出了強(qiáng)力錨桿索加固、注漿固結(jié)修復(fù)方案，實(shí)現(xiàn)了綜采工作面過(guò)空巷期間的圍巖穩(wěn)定控制。此次研究和實(shí)踐，為類似條件下的開(kāi)采提供了理論依據(jù)和寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，具有應(yīng)用前景和推廣價(jià)值。