煤峪口礦下分層采煤工作面開采技術的研究與應用

張 斌

（大同煤礦集團有限責任公司，山西 大同 037003）

0 引言

分層開采作為一種相對特殊的煤炭開采方法，其下分層工作面開采工藝工序的復雜程度遠高于一次性采全高開采。隨著煤峪口礦數十年的持續(xù)開采，礦田資源日益枯竭，如何利用分層開采技術盡可能回收煤炭資源成為煤峪口礦必須研究的問題。在實際工作中，采取有效方式布置下分層采煤工作面，設計合理的巷道支護形式，采取多措施的通風管理和安全管理，是保障下分層安全開采的必要手段。

1 工作面概括

11-12號層307盤區(qū)現(xiàn)階段為煤峪口礦主采盤區(qū)之一。煤層走向近似N W-SE，傾向N E，傾角2°～5°，煤層厚度4.2～7.96 m；分上、下2個分層，上分層為8701工作面，采高3.2 m，于2001年開采，現(xiàn)布置下分層8705工作面并對其進行回采。

考慮現(xiàn)場實際情況，同層東北為11-12號層8703采空區(qū)，面間煤柱距離34 m，分層開采，上分層于2007年開采，采厚3.2 m，下分層于2013年開采，采厚2.2 m；上覆西部為11-12號層8703采空區(qū)，與8701面間煤柱18 m，于2019年開采，采厚3.2 m。

另外，受上分層工作面采動影響，頂板已經經歷初次來壓與周期來壓，且經過十數年的時間，煤層的老頂也已基本穩(wěn)定。預計在下分層開采過程中，工作面的礦壓顯現(xiàn)不明顯。但是由于下分層的頂板為頂煤及再生頂，破碎程度大，破碎的頂板必然給掘進、通風、回采等造成綜合性的管理困難。尤其在回采過程中，頂板往往很難控制，會出現(xiàn)頂板局部漏頂、頂板隨采隨冒、回關門柱時破碎的巖石易竄入工作面等，從而給安全生產帶來一定的安全隱患。

2 下分層采煤工作面設計方案

2.1 下分層工作面布置

為使得巷道易于掘進維護，11-12號層307盤區(qū)下分層8705工作面布面方式采用與上分層8701工作面采空區(qū)內錯布置，距上分層工作面煤柱8～10 m布置2條順槽，使工作面煤柱加大，巷道在采空區(qū)下方掘進，回避了上方煤柱的水平應力集中區(qū)域，容易掘進和維護，也利于回采期間兩巷的維護與頂板控制。工作面布置如圖1所示。

圖1 11-12#層307盤區(qū)8705工作面與11#層層間對照圖

2.2 巷道支護

兩巷上覆頂煤平均約為2.5 m，頂煤半亮，玻璃光澤，煤質較硬，容重1.37 t/m3，單軸抗壓強度10.2～20.5 MPa,普氏巖石堅固性系數1.05～2.05。再生頂厚由垮落巖石膠結形成，單軸抗壓強度和普氏巖石堅固系數較小，破碎程度較大。為保證采掘期間兩巷頂板控制穩(wěn)定，采取以下技術措施：5705巷長706 m（其中正巷588 m），沿煤層底板掘進。0～520 m上覆為11-12號層采空區(qū)，巷道施工為拱形斷面，規(guī)格：4 500×3 000 m，采用U29可縮型支架和金屬網聯(lián)合支護，棚距1 m；5705巷520～706 m上覆為實煤，巷道施工為矩形巷道，規(guī)格：5 000 mm×3 000 mm，采用錨網索聯(lián)合支護，每1 m施工1組W型鋼帶，錨索每3 m施工2根，間距3.5 m。

2705巷長706 m，沿煤層底板掘進。2705巷0～506 m上覆11-12號層采空區(qū)，巷道施工為拱形斷面，規(guī)格：4 500 mm×3 000 mm，采用U29拱型棚和金屬網聯(lián)合支護；506～706 m上覆實煤，巷道施工為矩形巷道，規(guī)格：5 000 mm×3 000 mm，采用吊梁、金屬網、噴漿聯(lián)合支護，工字鋼梁每1 m吊掛1根。

為保證兩巷頂板完整性，減少局部漏冒頂事故。兩巷加強背頂管理，在頂板破碎區(qū)域（頭巷600～620 m、300～340 m），先鋪設塑編網，搭接完好，然后再鋪設板皮，減少頂煤破碎漏煤。在頂煤厚度低于1.5 m的區(qū)域（頭巷210～270 m、尾巷160～250 m），注射馬麗散粘結劑固定頂煤，保證頂板完整，并進行噴漿處理，避免破碎頂板進風引發(fā)采空區(qū)火災。

2.3 切巷施工

因工作面頂煤厚度平均為3.4 m，最薄處約為1.6 m，采取傳統(tǒng)的大斷面施工法開掘工作面切巷會導致巷道跨度大，頂煤受荷載壓力破碎給切巷維護造成重大難度，也存在上覆采空區(qū)有害氣體下泄的安全隱患。綜合考慮后，我礦采用二次施工法掘進切巷。即由機掘隊先開掘切巷初始斷面（巷寬4.2 m），然后由工程隊采用減小裝藥量的方式并配合人工裝渣完成切巷壁龕（長18 m、深1 m）的施工。

在初始斷面完成并支護完好后，由綜采隊進行二次刷大斷面。支護形式采用緊追機組支設4 m工字鋼梁，邁步式前探前移的方式刷出整個斷面。

3 通風管理

3.1 上隅角瓦斯抽采

上分層11-12號層采空區(qū)甲烷濃度為0.15%～0.70%，二氧化碳濃度為3.32%～9.24%。由于層間距較小，回采期間受采動影響可能出現(xiàn)頂板裂隙發(fā)育或與上覆采空區(qū)連通，導致上覆采空區(qū)內的瓦斯、二氧化碳等氣體下泄至8705工作面，造成8705工作面出現(xiàn)瓦斯超限、上隅角出現(xiàn)低氧現(xiàn)象。為防止上分層有害氣體下泄，在5705巷掘進完畢等待貫通期間，采用在5705巷敷設瓦斯抽放管路，對5705巷進行封閉并巷抽有害氣體，超前治理上分層氣體下泄安全隱患。在回采期間采用選取上隅角瓦斯抽采方法，在11-12號層5705巷布置抽采管路，在距上隅角80 m處布置600 mm的風筒使其與鋪設在5705巷的抽采管路相連，利用井下移動式瓦斯抽放泵對11-12號層8705工作面上隅角有害氣體進行抽采。

3.2 注氮防滅火

回采期間，在2705巷280～340 m施工6組頂板穿煤注氮鉆孔，孔距5 m，全天不間斷進行注氮防滅火，預防上分層采空區(qū)遺煤自燃。

4 安全管理

回采期間，嚴格執(zhí)行“追機移架”制度。在頂煤裂隙發(fā)育、破碎的情況下，及時采取超前帶壓移架措施。保證工作面“三直兩平兩暢通”，支架接頂嚴實，相鄰支架頂梁平整，無明顯錯差，支架不擠、不咬；支架端面距不大于300 mm。

回采期間，隨時觀察工作面頂煤壁及頂板情況，發(fā)現(xiàn)有片幫或頂板破碎問題，及時采取預注馬麗散安全措施，保證頂煤穩(wěn)定性。在工作面回采至頂煤厚度低于1.5 m區(qū)域，適當調整工作面采高，加強工作面機電設備檢修管理，迅速通過頂煤變薄區(qū)域。

合理制定兩巷U29可縮型支架回撤計劃，采煤機前（后）滾筒割至距端頭5 m且巷道支護距工作面煤壁≤0.5 m時，在頭、尾“三角”區(qū)頂板完整的情況下方可回撤第一排（工作面煤壁處）支架第1、2節(jié)棚腿(里煤幫側），其余3節(jié)采用在其下方支設單體或架設邁步抬棚將其固定，待這3節(jié)棚腿過支架切頂線后再進行回撤，且必須堅持“先支后回”原則。

在綜采工作面頭、尾三角區(qū)域加強支護，兩巷端頭采用抬棚支護（6 m鋼梁）一端支設1根單體，另一端與完好U型棚用卡欄固定，并在U型可縮型支架人行側卡欄處支設單體，抬棚步距0.5 m，隨采隨移，具體如圖2、圖3所示。

圖2 工作面煤壁-尾端頭支護示意圖

圖3 工作面煤壁-轉載尾端頭支護示意圖

5 結語

采取該套分層開采技術體系布置的下分層工作面，頂板穩(wěn)定易控制，消除了上覆氣體泄漏等隱患，可實現(xiàn)下分層工作面的快速布置，安全效果好。促進礦井安全生產，增加了煤峪口礦資源回收量，產生巨大的經濟和社會效益，具有廣闊的推廣應用前景。