特厚煤層綜放工作面合理參數(shù)確定

秦慶舉，王之永，朱啟杰，劉 剛

特厚煤層綜放工作面合理參數(shù)確定

秦慶舉，王之永，朱啟杰，劉 剛

(陜西金源招賢礦業(yè)有限公司，陜西 寶雞市 721500)

根據(jù)國內(nèi)超長綜放工作面開采現(xiàn)狀，從工作面通風、瓦斯、自燃發(fā)火、頂板離層水及沖擊地壓等安全角度對某礦井超長綜放工作面的可行性進行分析，在不改變工作面裝備設(shè)備能力的前提下，對工作面參數(shù)進行優(yōu)化，不僅增加了工作面可采儲量，而且減少了復雜的聯(lián)巷設(shè)置、準備工程量以及工作面安裝、拆除次數(shù)。工作面優(yōu)化后，多回收煤炭資源365.5萬t，效益增加135689萬元，產(chǎn)生了極為顯著的經(jīng)濟效益。

特厚煤層;綜放工作面;裝備水平;參數(shù)優(yōu)化

近年來，隨著采礦裝備技術(shù)水平的提高、各地煤礦升級改造以及采掘接替等問題的提出，加長工作面已成為礦井高產(chǎn)高效集中生產(chǎn)的主要技術(shù)方向之一。工作面加長，不僅能提高工作面單產(chǎn)、方便巷道布置、簡化生產(chǎn)系統(tǒng)、有利于礦井高度集中生產(chǎn)，而且能有效降低成本，提高資源回收率；但工作面長度增加后，工作面覆巖的破壞與運動規(guī)律將發(fā)生改變，間接表現(xiàn)為工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律不同[1?2]，進而導致工作面管理難度加大，推進度下降，反而不利于穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)。超長綜放工作面回采主要受工作面煤層賦存條件、配套設(shè)備的裝備水平、通風安全及其他地質(zhì)災害等條件的制約。

因此，合理確定工作面長度對于安全高效回采至關(guān)重要。

1 礦井首采區(qū)概況及地質(zhì)特征

某礦井設(shè)計生產(chǎn)能力為2.40 Mt/a，首采面為1307綜采放頂煤工作面。井下主運輸采用帶式輸送機運輸，井下輔助運輸系統(tǒng)采用防爆柴油機車+單軌吊接力運輸方式，通風采用中央并列抽出式。設(shè)計可采煤層采用單一走向長壁后退式采煤方法，全部垮落法管理頂板。

礦井首采區(qū)賦存有2煤和3煤，其中2煤賦存面積較小，且勘探程度較低，為局部可計量不可采煤層。3煤厚度0.8～24.3 m，平均14.8 m，結(jié)構(gòu)簡單，平均夾矸厚度0.73 m，局部含夾矸0～5層，單層夾矸厚0.20～1.45 m，一般小于0.5 m。夾矸巖性為炭質(zhì)泥巖、泥巖及泥質(zhì)粉砂巖。首采區(qū)內(nèi)3煤開采厚度0.80～25.75 m，平均15.5 m，煤層傾角0°～27°。3煤層有麥里溝向斜、四郎溝向斜，兩向斜軸部向西南傾伏。向斜走向NEE，北翼煤層傾角較陡，約為14°～17°，南翼煤層傾角較緩，約為4°～11°。據(jù)三維地震資料，區(qū)內(nèi)共發(fā)現(xiàn)斷層21條，大于50 m的斷層2條，落差20～50 m的斷層2條，落差10～20 m的斷層11條，落差5～10 m的斷層6條，以上斷層全部為正斷層。

2 存在問題分析

首采區(qū)工作面及區(qū)段煤柱原設(shè)計參數(shù)以“小”為特色，即小工作面、小區(qū)段煤柱，如圖1所示。首采區(qū)東翼布置4個工作面，自上而下分別為1301，1303，1305，1307；西翼布置4個工作面，自上而下分別為1302，1304，1306，1308。工作面傾向長度155 m左右，區(qū)段煤柱寬度8 m。根據(jù)礦井建設(shè)與生產(chǎn)規(guī)劃，首采區(qū)兩翼跳采，首采面1307（東翼）→1304（西翼）→1305（東翼）→1302（西翼）→1303（東翼）。首采區(qū)工作面原設(shè)計面長155 m，較為保守，且工作面單產(chǎn)低，巷道布置復雜，工作面拆除、安裝頻繁，生產(chǎn)接續(xù)緊張，經(jīng)濟成本高。因此，工作面原設(shè)計長度不能滿足生產(chǎn)需求，需對工作面參數(shù)進行研究。

3 工作面合理參數(shù)研究

超長綜放工作面回采主要受工作面煤層賦存條件、配套設(shè)備的裝備水平、通風安全及其他地質(zhì)災害等條件的制約，因此本文基于以上幾個角度對超長綜放工作面的可行性展開分析。

3.1 超長綜放工作面裝備水平可行性分析

根據(jù)國內(nèi)超長綜放工作面開采現(xiàn)狀（見表1），參照臨近郭家河煤礦、崔木煤礦設(shè)備配置情況，按照2.40 Mt/a設(shè)計產(chǎn)能，同時結(jié)合地質(zhì)條件等具體情況，該礦選取的綜放設(shè)備型號為：基本架（ZF16000/21/38），過渡架（ZFG16000/26/38），采煤機（MG650/1510-WD），前后部運輸機（SGZ1000/2×855），轉(zhuǎn)載機（SZZ1200/525），破碎機（PCM400），工作面裝備設(shè)備能力滿足超長工作面布置。

圖1 首采區(qū)工作面原布置方案

表1 國內(nèi)超長綜放工作面設(shè)備應用現(xiàn)狀

3.2 超長綜放工作面安全性分析評價

基于工作面通風、瓦斯、自燃發(fā)火、頂板離層水及沖擊地壓等安全角度對超長綜放工作面的可行性進行分析。

3.2.1 超長綜放工作面通風分析

礦井通風方式為中央并列式，機械抽出式通風。主斜井和副立井進風，回風立井回風。主要通風機目前負壓為1390 Pa，礦井回風量為6840 m3/min。根據(jù)礦井主要通風機的性能測試報告，礦井通風設(shè)備及系統(tǒng)滿足超長綜放工作面回采通風要求。

3.2.2 超長綜放工作面瓦斯防治分析

為保證超長工作面正常回采，借鑒國內(nèi)高瓦斯綜放工作面瓦斯治理經(jīng)驗，結(jié)合礦井現(xiàn)有的瓦斯治理成熟技術(shù)，采用“瓦斯預抽+通風優(yōu)化+監(jiān)測監(jiān)控”相結(jié)合的瓦斯綜合治理措施，具體措施如下：

（1）在超長綜放工作面煤層中采用采前預抽、邊采邊抽等瓦斯抽采措施，同時回采期間采用高抽巷及抽采管路抽采采空區(qū)瓦斯，能夠有效降低回采期間工作面瓦斯?jié)舛?，保證瓦斯治理取得良好 成效。

（2）采用回風隅角埋管抽放降低回風隅角瓦斯?jié)舛?。工作面回采前在回風隅角預埋抽采管路，管口位于采空區(qū)一側(cè)，與地面抽采泵站相連?；仫L隅角瓦斯?jié)舛仍龃髸r，對回風隅角進行抽采，確?；仫L隅角瓦斯?jié)舛确弦?guī)定。

（3）優(yōu)化通風系統(tǒng)，巷道設(shè)計、施工時增加通風斷面，回采時保證配風量滿足回采需求。

（4）按照《煤礦安全規(guī)程》及AQ標準安裝瓦斯傳感器，與監(jiān)控分站相連，實現(xiàn)工作面及有關(guān)電氣設(shè)備的瓦斯電閉鎖。

3.2.3 超長綜放工作面自然發(fā)火防治分析

根據(jù)中煤科工集團重慶研究院有限公司鑒定結(jié)論：3煤層為I類容易自燃煤層，自然發(fā)火期最短為27 d，采取綜合防滅火措施，建立了灌漿防滅火系統(tǒng)、氮氣防滅火系統(tǒng)和束管監(jiān)測系統(tǒng)。工作面回采期間采取進回風隅角垛袋、噴灑瑞克羅尼，加強人工監(jiān)測等措施，保證了現(xiàn)有工作面正常回采。根據(jù)現(xiàn)有經(jīng)驗及條件，在一定回采速度以及防滅火技術(shù)措施的基礎(chǔ)上，可以保證3煤層超長綜放工作面的正?；夭?。

3.2.4 超長綜放工作面頂板離層水防治分析

礦井首采區(qū)直接充水含水層為延安組煤層及其頂板砂巖裂隙含水層、直羅組砂巖裂隙含水層及侏羅系中統(tǒng)宜君組、洛河組砂礫巖含水層，充水方式為頂板進水，離層水。在工作面回采期間，充水性水源主要為侏羅系中統(tǒng)宜君組、洛河組砂礫巖含水層。

為防止工作面回采期間頂板離層水害潰入工作面，造成壓架及水災事故，在地面施工直通式導流泄水孔，確保地面直通式導流泄水孔影響范圍覆蓋整個工作面，使離層水由瞬間大量涌水改為不間斷小流量涌水，達到對離層空間積水疏放的目的，不會因離層水造成影響安全生產(chǎn)的情況發(fā)生，保證工作面安全回采。同時工作面嚴格按設(shè)計要求完善排水系統(tǒng)，保證排水系統(tǒng)暢通。

3.2.5 超長綜放工作面沖擊地壓防治分析

針對煤層本身的應力集中和采空區(qū)側(cè)的頂板懸頂情況，掘進期間采用大孔徑鉆孔卸壓和頂板深孔爆破等方法進行處理，可減小發(fā)生沖擊地壓的危險[3]?；夭善陂g，采用KJ959微震系統(tǒng)、KJ550—2應力在線監(jiān)測系統(tǒng)、鉆屑法對構(gòu)造加強探查與監(jiān)測。當監(jiān)測有沖擊危險時，及時采用大直徑鉆孔進行卸壓，卸壓參數(shù)參照強沖擊危險區(qū)域參數(shù)施工，當采用大直徑鉆孔卸壓效果不明顯時，再對煤層實施爆破卸壓，流程如圖2所示。

圖2 綜合監(jiān)測解危體系流程

4 參數(shù)優(yōu)化前后對比分析

（1）原設(shè)計方案工作面儲量280~400萬t，優(yōu)化后工作面儲量420~600萬t。增加了工作面可采儲量，延長了工作面服務時間，緩解了生產(chǎn)接續(xù)緊張局面。

（2）經(jīng)濟效益。首采區(qū)東翼少布置1個工作面，少掘進巷道5920 m，工作面少安裝、拆除各1次。節(jié)約資金約7764萬。首采區(qū)西翼1302工作面采用“刀把”形布置，多回收煤炭資源320.3萬t，經(jīng)濟效益112105萬元；1308工作面“調(diào)斜”形布置，多回收煤炭資源45.2萬t，經(jīng)濟效益15820萬元。

（3）安全效益。巷道掘進施工及工作面安裝、拆除均需施工組織，過程控制及安全管理均存在一定風險，少布置一個工作面，給企業(yè)帶來極大的安全效益。

工作面參數(shù)優(yōu)化后也存在以下缺點：

（1）1302工作面上順槽靠近3煤邊界，煤厚不確定，對將來回采帶來一定風險；

（2）1302工作面“刀把”形及1308“調(diào)斜”形不規(guī)則布置，易造成局部多倍甚至十幾倍的應力集中，不利于沖擊地壓防治。

5 結(jié) 論

本文從開采技術(shù)到裝備水平到通風、瓦斯、自然發(fā)火、頂板離層水害及沖擊地壓等安全因素的評價，對超長綜放工作面可行性進行了分析，得到以下結(jié)論。

（1）目前開采技術(shù)及礦井裝備水平完全可以滿足超長綜放工作面回采要求。

（2）保證超長工作面通風量；嚴格執(zhí)行瓦斯檢測及抽采，制定高瓦斯礦井管理措施；采取相應的防滅火、防治水及防治沖擊地壓措施，可以保障3號煤層超長綜放工作面的安全回采。

（3）首采區(qū)東翼南部以1307工作面風巷煤柱為界，北部以DF7斷層保護煤柱線為界，由原來4個工作面調(diào)整為3個工作面，自上而下分別為1303，1305，1307，其中1303和1305工作面面長210 m。

（4）3號煤邊界線上移，將1302工作面上移，采用“刀把”形布置，以保證上部煤炭資源回收；1304和1306工作面則由原來的155 m長增加到195 m；將1308工作面“調(diào)斜”形布置，既避開了3煤下部邊界外無煤區(qū)，又進一步加長了工作面，面長由155 m增加到180 m。

[1] 曹勝根,繆協(xié)興.超長綜放工作面采場礦山壓力控制[J].煤炭學報,2001,26(6):621-625.

[2] 繆協(xié)興,錢鳴高.超長綜放工作面覆巖關(guān)鍵層破斷特征及對采場礦壓的影響[J].巖石力學與工程學報,2003,22(1):45-47.

[3] 秦子涵.寬煤柱條件下沿空巷道沖擊地壓防治技術(shù)研究[J].煤炭工程,2016,48(44):76-79.

(2019-04-01)

秦慶舉(1986—)，男，安徽碭山人，碩士研究生，工程師，從事生產(chǎn)技術(shù)管理工作，Email: qqj521@163.com。