綜采工作面開采軟巖保護(hù)層技術(shù)探討

周昆鵬

(山西陽城陽泰集團(tuán)西溝煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048105)

引 言

該礦山采區(qū)10煤層地質(zhì)條件較為復(fù)雜，加大了開采掘進(jìn)過斷層難度。對(duì)此，開采技術(shù)人員決定采用軟巖層保護(hù)技術(shù)，全面控制瓦斯?jié)舛?，以促進(jìn)礦山開采作業(yè)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

1 工程概況

通過地質(zhì)勘察可知，該工程與10煤層頂板間距約2.3 m，其中泥巖層厚度約5.1 m。且泥巖層的質(zhì)地相對(duì)較軟，可供壓縮性較大，遇水后很容易因結(jié)構(gòu)碰撞而出現(xiàn)崩解。不過頂板巖層結(jié)構(gòu)則較為穩(wěn)定，能夠有效實(shí)施切割作業(yè)。經(jīng)多次理論探究與模擬實(shí)驗(yàn)，開采技術(shù)人員決定在泥巖層上布置軟巖保護(hù)層綜采工作面，同時(shí)對(duì)8/9煤層進(jìn)行卸壓，以降低10煤層采區(qū)的瓦斯?jié)舛?，減小開采作業(yè)危險(xiǎn)系數(shù)。

Ⅲ11巖層工作面貼近8/9煤層，間隔距離約59 m。經(jīng)測(cè)量可知，瓦斯?jié)舛葹?5 m3/t，殘留瓦斯?jié)舛葹? m3/t；下鄰近10煤層，間隔距離23 m。根據(jù)上文可知，軟巖工作面預(yù)設(shè)開采走向長(zhǎng)度與傾向長(zhǎng)度分別為860 m和104 m，綜采工作面標(biāo)高2.0 m。開采技術(shù)人員采用機(jī)械化采巖模式，單向下行割巖，沿推進(jìn)方向順移液壓支架，并按照自上而下的順利進(jìn)行運(yùn)輸機(jī)推送。

2 軟巖保護(hù)層綜采工作面過斷層技術(shù)分析

2.1 地質(zhì)保障技術(shù)

1) 采區(qū)地質(zhì)勘察工作

在進(jìn)入開采區(qū)后，需要先對(duì)區(qū)域的地質(zhì)結(jié)構(gòu)及水文特征進(jìn)行勘查，進(jìn)而結(jié)合實(shí)際情況選擇合適的探測(cè)手段。目前最常使用的探測(cè)方式有音頻電透視、直流電法、地質(zhì)雷達(dá)這三種。工作人員需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行合理選擇，準(zhǔn)確掌握采區(qū)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)條件與地下水文環(huán)境。

2) 勘察資料管理

現(xiàn)階段地質(zhì)勘查資料管理已逐漸向信息化管理的方向發(fā)展，這改善了原始資源轉(zhuǎn)化作業(yè)的流程，提高了管理工作的效率和質(zhì)量。

2.2 優(yōu)化綜采工作面設(shè)計(jì)，調(diào)整開采技術(shù)

1) 優(yōu)化綜采工作面設(shè)計(jì)，注重可操作性與經(jīng)濟(jì)性。Ⅲ11軟巖工作面為全巖石開采，若預(yù)設(shè)開采長(zhǎng)度與標(biāo)高過大，會(huì)造成不必要的浪費(fèi)，反之，預(yù)設(shè)開采長(zhǎng)度與標(biāo)高過小，則無法滿足卸壓操作需求。為此，開采技術(shù)人員需綜合考量技術(shù)因素、環(huán)境因素、人為因素等，設(shè)定走向長(zhǎng)度860 m，傾向長(zhǎng)度104 m，綜采工作面標(biāo)高2.0 m。

2) 完善調(diào)整輔運(yùn)系統(tǒng)。Ⅲ11軟巖工作面風(fēng)巷長(zhǎng)度為1 005 m，最大陡坡坡度約為15°；機(jī)巷長(zhǎng)度1 060 m，最大陡坡角度約為14°。由于材料運(yùn)輸、設(shè)備調(diào)度以及人員步行距離相對(duì)較大，所以在風(fēng)巷和機(jī)巷位置上需要設(shè)置鋼絲繩牽引單軌吊車，從而降低勞動(dòng)強(qiáng)度。

3) 優(yōu)化主系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)持續(xù)性運(yùn)輸。為了保證回采工作的順利進(jìn)行，可在老副井和新建井下設(shè)置矸石以優(yōu)化井下排矸系統(tǒng)，并使用配套的輔助設(shè)施來加強(qiáng)排矸膠帶化效果，避免回采過程中，矸石進(jìn)入煤流主系統(tǒng)，影響回采作業(yè)質(zhì)量，加劇資源浪費(fèi)。

4) 優(yōu)化機(jī)電維修模式。該礦山建立了綜采設(shè)備管理平臺(tái)與零配件供應(yīng)系統(tǒng)，旨在提升機(jī)電設(shè)備維修時(shí)效性與準(zhǔn)確性，滿足掘進(jìn)開采工作基本需求。

3 軟巖保護(hù)層綜采工作面過斷層主導(dǎo)技術(shù)

3.1 綜采工作面圍巖加固技術(shù)

3.1.1 風(fēng)巷與機(jī)巷圍巖加固控制技術(shù)

1) 風(fēng)巷與機(jī)巷支護(hù)。Ⅲ11巖石工作面機(jī)巷與風(fēng)巷寬約24.6 m，高約3.5 m，凈斷面在14.50 m2左右。為了加強(qiáng)圍巖結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，在風(fēng)巷和機(jī)巷位置中利用錨帶網(wǎng)和注漿技術(shù)設(shè)置了合理的支護(hù)結(jié)構(gòu)。

2) 風(fēng)巷與機(jī)巷超前支護(hù)。風(fēng)巷與機(jī)巷超前支護(hù)抹帽沿山棚方向支護(hù)，且間距控制在5 m～8 m。利用長(zhǎng)2.4 m，直徑約24 cm的半圓木，與液壓?jiǎn)误w支架相配合的方式，使順山拉鎖木棚。2個(gè)梁體與6個(gè)柱體搭配，與頂板破碎段棚據(jù)小于0.6 m。風(fēng)巷與機(jī)巷超前20 m范圍內(nèi)支護(hù)，采用長(zhǎng)2.4 m，直徑約24 cm的半圓木，1個(gè)梁體，3個(gè)柱體的搭配，在巷道內(nèi)支設(shè)一排對(duì)接挑棚。在水平應(yīng)力、斷層應(yīng)力與超前應(yīng)力等多方面因素的干預(yù)下，風(fēng)巷與機(jī)巷的頂板和側(cè)板的承載負(fù)荷強(qiáng)度不斷加大[1]。由此，在回采過程中，錨噴巷道出現(xiàn)漿皮炸裂現(xiàn)象。為加強(qiáng)掘進(jìn)開采安全性，開采技術(shù)人員需利用兩排走向鉸接頂梁挑棚支護(hù)，并采取動(dòng)態(tài)化、精細(xì)化的管理模式，具體如圖1所示。

圖1 綜采工作面過斷層超前層位對(duì)接示意圖

3.1.2 采場(chǎng)圍巖加固控制技術(shù)

Ⅲ11軟巖面采用機(jī)械化開采模式，并增設(shè)掩護(hù)式支護(hù)結(jié)構(gòu)。圍巖穩(wěn)定性控制技術(shù)流程如下。

1) 處理采空區(qū)。在采空區(qū)頂板處理中，主要采用全部垮落法。在保證開采作業(yè)安全的前提下，先對(duì)兩側(cè)實(shí)施退錨處理，然后使用專業(yè)卸載工具回切頂柱[2]。

2) 綜采工作面過斷層。由于軟巖層結(jié)構(gòu)較為特殊，開采技術(shù)人員決定采用微差工藝與爆破法強(qiáng)行平推過斷層。在此過程中，要嚴(yán)格控制工作面頂板與帶壓移架，確保綜采面能夠順利通過斷層。當(dāng)軟巖壁砂巖厚度低于1.4 m時(shí)，需要假設(shè)單排眼，而當(dāng)其厚度高于1.4 m時(shí)，應(yīng)布置三花眼。在掌握地質(zhì)結(jié)構(gòu)勘察資料的基礎(chǔ)上，遵循少破巖、縮減斷層暴露范圍的基本原則，預(yù)先挑頂或剎底。且杜絕使用煤機(jī)強(qiáng)行截割[3-4]。

3.1.3 全方位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)整個(gè)開采流程

整個(gè)綜采工作面共設(shè)置7個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，風(fēng)巷與機(jī)巷的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的間隔距離為60 m。監(jiān)測(cè)站內(nèi)配備頂板離層儀與錨桿測(cè)力計(jì)，兩類儀器設(shè)備呈十字交叉布置，主要用于全方位動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)巷道頂板移動(dòng)量、頂板離層量等方面。

3.2 液壓支架選型與基礎(chǔ)配套設(shè)備選型

1) 支架選型。經(jīng)測(cè)量可知，該綜采工作面的平均支護(hù)強(qiáng)度約為650 kN/m2，兩柱掩護(hù)式支架荷載強(qiáng)度為0.89 MPa?？梢詽M足礦壓的基本要求。

2) 優(yōu)選配套設(shè)備。軟巖面泥巖層的密度與硬度條件相對(duì)較大，會(huì)產(chǎn)生截割現(xiàn)象，增大物料運(yùn)載設(shè)備的負(fù)荷。對(duì)此，開采技術(shù)人員需選擇性能優(yōu)良的配套設(shè)備，從而減小材料損耗，降低設(shè)備故障率。

3) 選擇適宜的設(shè)備配件。在軟巖面回采過程中，基于經(jīng)濟(jì)性原則，株洲雙力效益最高。但是，其與齒靴咬合較為緊密，所以加大了設(shè)備拆卸難度。安徽奧德又因?yàn)槟湍バ阅茌^差，在使用過程中需要頻繁更換零部件設(shè)備?？霞{金屬由于使用中存在不均勻磨損情況，很容易對(duì)齒靴造成不可逆的傷害。山特維克截齒耐用性較為突出，且便于檢修，具有極大的應(yīng)用價(jià)值[5]。

4 軟巖保護(hù)層綜采工作面防護(hù)技術(shù)

4.1 災(zāi)害防控技術(shù)

1) 瓦斯防治措施。Ⅲ11軟巖面回采后，圍巖應(yīng)力也會(huì)發(fā)生較大的變化。8/9/10煤層瓦斯從頂板裂縫進(jìn)入綜采工作面，會(huì)阻礙工作面過斷層。為此，在掘進(jìn)開采過程中，技術(shù)人員應(yīng)做好瓦斯的治理。

2) 防水措施。在綜采工作面的風(fēng)巷與機(jī)巷低洼處挖掘水倉，配置電泵，并加強(qiáng)設(shè)備維護(hù)；在綜采工作面頂板砂巖裂縫處，預(yù)先采取防水措施，以增大開采作業(yè)安全系數(shù)。

3) 防塵措施。Ⅲ11軟巖面打眼與回采會(huì)產(chǎn)生大量的揚(yáng)塵，這不僅會(huì)降低能見度，也會(huì)對(duì)開采人員的生命安全構(gòu)成威脅。對(duì)此，在掘進(jìn)開采過程中，有必要采取切實(shí)可行的防塵措施。瓦斯防治技術(shù)措施如表1所示。

表1 瓦斯防治技術(shù)措施

4.2 技術(shù)分配

結(jié)合軟巖面結(jié)構(gòu)特性，開采技術(shù)人員決定采取放炮等強(qiáng)制性措施。與傳統(tǒng)“三八制”、“四六制”作業(yè)模式相比，該方法可優(yōu)化技術(shù)配置，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，增強(qiáng)生產(chǎn)安全性。

5 結(jié)語

第一，III11軟巖工作面自試生產(chǎn)以來，整個(gè)綜采工作面執(zhí)行進(jìn)度維持在60 m/月左右。三機(jī)配套可以促進(jìn)軟巖工作面回采的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

第二，在軟巖保護(hù)層工作面回采過程中，大量的卸壓瓦斯排除流散，未發(fā)生瓦斯超限誘發(fā)的安全事故。

第三，綜采工作面風(fēng)巷與機(jī)巷棚式支護(hù)存在一定的安全隱患。風(fēng)巷與機(jī)巷加固防護(hù)裝置負(fù)荷強(qiáng)度較高，可以保證回采作業(yè)的安全性。

第四，綜采工作面所處環(huán)境較為特殊，材料損耗率與機(jī)械設(shè)備磨損率較高。為此，開采技術(shù)人員還要加大對(duì)新設(shè)備、新工藝的研究力度。