厚松散層薄基巖條件下厚煤層上分層開采技術(shù)探析

王明濤

(焦作煤業(yè)集團(tuán)趙固(新鄉(xiāng))能源有限責(zé)任公司，河南 輝縣 453634)

0 引言

趙固一礦位于新鄉(xiāng)市西北方向，行政區(qū)域隸屬河南省輝縣市管轄。趙固井田西南以峪河斷層(F20)為界，西北以耿村斷層(F15)為界，東北以二1煤層隱伏露頭為界，南以百泉斷層(F17)為界。礦生產(chǎn)能力3.0 Mt/a，二1煤層厚度5.0～7.1 m，平均6.05 m，埋深大(多在500 m以上)，上覆松散層厚度較厚(平均480 m)，上覆基巖較薄，井田約2/3區(qū)域基巖厚度小于80 m。

礦井采用立井單水平盤區(qū)開拓方式，在F16斷層南側(cè)工業(yè)廣場內(nèi)布置主、副、風(fēng)3個立井，井口標(biāo)高+83.8 m，井底標(biāo)高-525 m，井筒深616.8 m。沿F16斷層煤柱兩側(cè)作兩組傾斜煤層大巷，通過大巷直接開掘工作面上、下順槽，實(shí)現(xiàn)全井田單翼盤區(qū)開采。西六盤區(qū)16051工作面采用走向長壁傾斜全部垮落式采煤方法、綜采工藝。

1 16051工作面分析

1.1 工作面所處位置

16051工作面屬于礦井的-525 m水平，位于礦井北翼，所屬盤區(qū)為西六盤區(qū)，開采煤層為二1煤層，該煤層頂板標(biāo)高為-414.1～-464.4 m。對應(yīng)地面位置標(biāo)高為+84.7～+86.4 m，該工作面地表東為大麻村(保護(hù)等級為Ⅲ級)、西為谷駝村(保護(hù)等級為Ⅲ級)，南為趙固一礦鐵路(Ⅳ級鐵路，保護(hù)等級為Ⅳ級)和高壓線路(輸電電壓為110kV，保護(hù)等級為Ⅳ級)。該工作面井下位置及四鄰采掘情況為：北為F15斷層，西為16041工作面和實(shí)體煤，東為未掘進(jìn)的16061工作面，南為北翼回風(fēng)大巷(東)、北翼軌道運(yùn)輸大巷(東)、北翼膠帶運(yùn)輸大巷(東)和F16斷層。16051上、下順槽及切眼長度分別為1 935.31 m、1 962.46 m、150 m。該工作面回采長度為1 707.5 m，寬為145 m，平面積為247 587.5 m2。

1.2 16051工作面地質(zhì)條件

16051工作面地質(zhì)構(gòu)造較復(fù)雜，根據(jù)16041上順槽掘進(jìn)期間實(shí)際揭露地質(zhì)資料及三維地震資料顯示：預(yù)計該工作面將揭露3條斷層D201、D202和D211斷層。

16051工作面中南部存在一條背斜—B1背斜：背斜軸走向為NWW—NNW，背斜在該工作面內(nèi)的延伸長度約223 m，背斜的北翼產(chǎn)狀為58°∠2°，背斜的南翼產(chǎn)狀為171°∠4°。

無巖漿巖體、沖刷帶、陷落柱等異常地質(zhì)構(gòu)造。

頂板基巖：二1煤層向上0～4 m為泥巖；4～16 m為砂巖；16～26 m為砂質(zhì)泥巖；26～43 m為砂巖；43～46 m為鋁質(zhì)泥巖；鋁質(zhì)泥巖上覆為基巖風(fēng)化帶和第四系、新近系的松散地層。

1.3 16051工作面含水層分析

16051工作面底板含水層主要有：L8、L2和O2灰?guī)r含水層。其中，L2和O2灰?guī)r含水層距離16051工作面煤層底板較遠(yuǎn)，正常情況對16051工作面沒有影響，斷裂溝通情況下對該工作面威脅大。

16051工作面煤層頂板之上的含水層主要包括：第四系含水層；新近系中、底部砂、礫石含水層；基巖風(fēng)化帶含水層和二1煤層頂板砂巖含水層。該工作面第四系和新近系的松散地層厚度為459.30～502.70 m，平均481.0 m，中部有隔水性能良好且厚度大的黏土和砂質(zhì)黏土層，因此淺水對該工作面充水無直接影響；新近系底部絕大部分區(qū)域為厚層黏土層，局部為薄層砂礫層，為弱富水性含水層，對該工作面充水影響有限；風(fēng)化帶含水層為弱富水性，對該工作面充水影響有限；二1煤頂板砂巖含水層為弱富水性，對該工作面充水影響有限。

1.4 16051工作面其他條件

瓦斯地質(zhì)：16051工作面原始瓦斯含量為1.44～3.07 m3/t，最大瓦斯壓力為0.26 MPa，無煤與瓦斯突出危險。

煤塵爆炸性及煤的自燃傾向：16051工作面的二1煤層煤塵無爆炸性，二1煤層自燃傾向性等級為Ⅲ類，屬不易自燃煤層。

地溫及地壓情況：16051工作面內(nèi)地溫正常，無熱害影響；地壓較大，無沖擊地壓。

2 16051工作面采煤技術(shù)

2.1 巷道支護(hù)

16051上、下順槽、切眼及工作面聯(lián)絡(luò)巷(含鉆場)支護(hù)形式采用錨網(wǎng)索+槽鋼梁支護(hù)，考慮巷道收縮變形及綜采設(shè)備通過尺寸，確定16051上順槽及下順槽里段巷道規(guī)格為寬×高=5 m×3.2 m(凈斷面)，16051下順槽外段巷道規(guī)格為寬×高=5.4 m×3.2 m(凈斷面)，16051切眼規(guī)格為寬×高=7.5 m×3.2 m(凈斷面)，16051工作面聯(lián)絡(luò)巷及16051上、下順槽風(fēng)眼巷道規(guī)格為寬×高=4.5 m×3.2 m(凈斷面)。

2.2 采煤工藝

16051工作面采用走向長壁采煤法，綜合機(jī)械化采煤工藝，沿煤層頂板回采。工作面采用MG400/930-WD3型采煤機(jī)破煤；SGZ800/800型刮板輸送機(jī)、SZZ800/250型轉(zhuǎn)載機(jī)、1部DSJ-100/80/2×75型帶式輸送機(jī)及1部DSJ-100/80/2×200型可伸縮帶式輸送機(jī)運(yùn)煤；77架ZF18000/21/38D型中間架、6架ZFG18000/27/40HD(A)、2架ZFG18000/27/40HD(B)型過渡架支護(hù)工作面頂板，輔以錨索槽鋼梁配支護(hù)工作面兩端頭和兩順槽超前段；全部垮落法處理采空區(qū)。

2.3 確定采高和循環(huán)進(jìn)度

《趙固礦區(qū)薄基巖下煤層開采若干規(guī)定》防砂煤(巖)柱留設(shè)要求：在煤層頂板基巖厚度大于52 m區(qū)域可以采高不大于6.3 m；在基巖厚度42～52 m區(qū)域采高不大于4.5 m；在基巖厚度36～42 m采高不超過3.2 m；在基巖厚度30～36 m區(qū)域僅能開采一層，且采高不大于3.0 m。根據(jù)ZF18000/21/38D型液壓支架、ZFG18000/27/40HD(A)型過渡支架、ZFG18000/27/40HD(B)過渡支架支撐高度和MG400/930-WD3型交流電牽引采煤機(jī)采高范圍、截深，確定該工作面采高為3.2 m，循環(huán)進(jìn)度為0.8 m。

3 具體采煤工藝流程

1)工藝順序：破煤—裝煤—運(yùn)煤—拉液壓架—推移刮板輸送機(jī)—架后鋪網(wǎng)。

2)進(jìn)刀方式：采煤機(jī)采取端部斜切進(jìn)刀，進(jìn)刀段長度應(yīng)不小于30 m，前滾筒割頂煤，后滾筒割底煤雙向割煤，一個循環(huán)推進(jìn)度1.6 m。

3)裝煤、運(yùn)煤：采煤機(jī)破煤后，煤炭落刮板輸送機(jī)進(jìn)行運(yùn)送，人工清理架前浮煤，后經(jīng)轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)、膠帶輸送機(jī)將原煤運(yùn)出。

4)移架。①移架前，支架工必須對支架的各個部位，特別是容易出故障的部位進(jìn)行認(rèn)真仔細(xì)的檢查，檢查支架管路部件是否完好以及管線是否受擠壓，支架是否咬架、倒架，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。②移架過程中應(yīng)密切觀察所移支架與相鄰支架的間隙，頂梁、掩護(hù)梁的錯差，防止出現(xiàn)咬架現(xiàn)象，隨時調(diào)整支架的歪斜與偏差，防止出現(xiàn)歪架、倒架現(xiàn)象。③移架后步距與采煤機(jī)截深相等；支架方向垂直于煤壁，防止移架過程中歪斜；支架間距嚴(yán)密，不留空隙，嚴(yán)防漏矸；支架初撐力不低于24 MPa；前梁、頂梁、底座應(yīng)支平，嚴(yán)防支架低頭。

5)推移刮板輸送機(jī)：推移前，應(yīng)對本架推移位置的各個部位及管線進(jìn)行認(rèn)真全面檢查，以防止擠壞零件或電纜管線，將煤墻順直，找平底板，裝凈底煤，使輸送機(jī)達(dá)到平、直、穩(wěn)、正、牢的要求。推移時，其彎曲長度10～15 m，不準(zhǔn)有急彎，移輸送機(jī)機(jī)頭和機(jī)尾時必須距采煤機(jī)后滾筒15 m，輸送機(jī)機(jī)頭機(jī)尾必須一次移夠步距。推機(jī)頭、機(jī)尾時，必須先將機(jī)頭、機(jī)尾和過渡槽處的浮煤雜物清理干凈，以防機(jī)頭、機(jī)尾飄起，損壞過渡槽。推移刮板輸送機(jī)后，應(yīng)保持刮板輸送機(jī)成直線。

6)架后鋪網(wǎng)：網(wǎng)片采用礦用塑料拉伸網(wǎng)，規(guī)格為1 500 mm×3 000 mm，鋪設(shè)方法采用人工架后鋪、聯(lián)網(wǎng)。鋪設(shè)要求為：①鋪網(wǎng)時要求將網(wǎng)鋪平鋪展。②網(wǎng)片長邊對長邊、短邊對短邊搭接，搭接長度不小于50 mm，再用塑料假頂帶或聯(lián)網(wǎng)繩將網(wǎng)邊逐孔穿接。③工作面鋪設(shè)一趟靜壓水管，每架設(shè)置1個三通閥門，在上一趟支架拉移過后至下一趟支架拉移前對工作面老巷垮落的矸石進(jìn)行注水，平均每架注水時間不少于20 s。④初采時，工作面直接頂充分垮落后開始第一次鋪網(wǎng)，鋪網(wǎng)兩端自上順槽西幫至下順槽西幫煤墻。

4 安全技術(shù)措施

1)工作面開采前采用槽波、坑透等物探方法查明工作面及外圍30 m范圍的構(gòu)造發(fā)育情況；采用瞬變電磁、直流電法或音頻電透視法等物探方法查明工作面及外圍30 m范圍沖積層底部含水層的賦水情況。

2)物探結(jié)束后采用鉆探方法予以驗證。在構(gòu)造破碎帶、基巖面起伏較大等的特殊區(qū)域內(nèi)按照基巖與沖積層交界面50 m×50 m網(wǎng)格鉆孔間距探查基巖層厚度和沖積層底部含水含砂層的賦水、賦砂情況，其他區(qū)域按照基巖與沖積層交界面100 m×100 m網(wǎng)格鉆孔間距探查；頂板探查孔控制到工作面及外圍30 m平面范圍。

3)當(dāng)工作面及外側(cè)30 m范圍內(nèi)存在構(gòu)造破碎帶時，對構(gòu)造破碎帶進(jìn)行注漿加固，鉆孔網(wǎng)格間距不大于30 m×30 m，注漿加固的垂直厚度不得小于40 m。

4)回采工作面頂板探查治理合格的標(biāo)準(zhǔn)：工作面頂板探查鉆孔的涌水量小于1 m3/h或疏放、注漿后檢查孔的涌水量小于1 m3/h；工作面頂板探查鉆孔無流砂或注漿固砂后的檢查孔無流砂；構(gòu)造破碎帶及頂板注漿加固須采用純水泥漿或水泥水玻璃雙液漿，注漿結(jié)束終壓須大于受注含水層靜水壓力2 MPa，注漿結(jié)束前的注漿泵量不得大于60 L/min。

5 效果分析

趙固一礦是焦煤集團(tuán)乃至河南能源集團(tuán)的主力生產(chǎn)礦井，其安全高效開采關(guān)系到國家能源保障、企業(yè)盈虧、職工收入等重大社會問題。16051工作面是典型的厚松散層薄基巖下開采，產(chǎn)量達(dá)到14萬t，利潤120元/t，工作面順利回采完畢。該工作面的安全回采，為厚松散層薄基巖條件下安全回采提供了方案，為綜采工藝積累了一定的經(jīng)驗。該技術(shù)可解放薄基巖下壓煤量，提高礦井資源回收率，延長礦井服務(wù)年限，進(jìn)一步提升薄基巖下安全開采技術(shù)水平，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。