特厚煤層孤島工作面停采設(shè)計(jì)優(yōu)化

王星星，王亞軍

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán) 同忻煤礦，山西 大同 037000）

1 概況

1.1 地質(zhì)概況

同忻礦8102 工作面為一盤區(qū)孤島工作面，開采煤層為石炭系C3-5 號層，煤層厚度為12.9～22.7 m，埋深為446 m，采用綜合機(jī)械化放頂煤開采，采煤機(jī)割煤高度為3.8 m，其余均通過低位放頂煤支架放出。工作面長度為251 m，共穩(wěn)設(shè)140個(gè)支架，其中ZF21000/27.5/42 型正四連桿低位放頂煤支架139 架，ZFG21000/29/42H 型過渡支架7架（頭3 架、尾4 架）、1 組ZTZ30000/27.5/42 型端頭支架（兩架一組） 支護(hù)頂板，采用自然垮落法管理頂板。

8102 工作面為同忻礦首個(gè)孤島工作面，8102工作面東部為實(shí)煤區(qū)，北部為8103 工作面采空區(qū)（該工作面已于2015 年采完），西部為3 條盤區(qū)大巷，南部為8101 工作面采空區(qū)（該工作面已于2010 年采完）。8102 工作面與8103 工作面和8101工作面均留設(shè)6 m 小煤柱。

1.2 礦壓概況及停采位置說明

8102 工作面開采周期為2020 年6 月至2021年6 月，工作面開采過程中受本工作面回采超前支撐壓力、鄰近采空區(qū)側(cè)向支撐壓力和上覆煤柱壓力集中影響，礦壓現(xiàn)象強(qiáng)烈。該工作面至開采結(jié)束，共來壓46 次，初次來壓步距為127 m，周期來壓45 次，8102 工作面平均周期來壓步距為24 m，工作面自采位600～900 m 工作面周期來壓顯現(xiàn)比較明顯，支架受力大、活柱下縮量大、安全閥開啟、炸幫底鼓嚴(yán)重、溜子栽斜、推進(jìn)困難等。

如圖1 所示，根據(jù)四鄰關(guān)系及上覆層間對照關(guān)系，8102 工作面在1400 m 停采位置附近，無上覆煤柱影響；2102 巷也已進(jìn)入實(shí)煤區(qū)，不受8101 采空區(qū)側(cè)向支承壓力影響；5102 巷在1400 m 采位仍然受8103 采空區(qū)側(cè)向支承壓力影響，同時(shí)受5102巷系統(tǒng)巷、回風(fēng)繞道以及頂抽巷位置影響，1400 m 位置已經(jīng)是最終位置，無法再往后推遲。

圖1 同忻礦8102 孤島工作面四鄰關(guān)系及停采位置說明Fig.1 Four-neighbor relationship and stoping position of 8102 isolated working face in Tongxin Mine

2 孤島工作面停采設(shè)計(jì)優(yōu)化

2.1 以往工作面停采設(shè)計(jì)

同忻礦以往一直采用傳統(tǒng)的停采支護(hù)方案，分為支架主頂梁支護(hù)和擴(kuò)寬機(jī)道支護(hù)，支架主頂梁采用4 排工字鋼錨索、1 排鋼帶錨桿進(jìn)行支護(hù)；擴(kuò)寬機(jī)道采用5 排鋼帶錨桿、1 排組合錨索、1 排走向工字鋼進(jìn)行支護(hù)，如圖2 所示。

圖2 同忻礦以往工作面停采設(shè)計(jì)Fig.2 Design of stopping mining of previous working face in Tongxin Mine

2.2 優(yōu)化后的停采設(shè)計(jì)

8102 孤島工作面在停采位置附近仍然受應(yīng)力疊加影響，為實(shí)現(xiàn)快速停采，在保證安全的前提下對停采設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，使用鋼絲繩代替部分支護(hù)。

支架主頂梁優(yōu)化為2 排工字鋼錨索和1 排無支護(hù)的工字鋼，同時(shí)增加部分鋼絲繩；擴(kuò)寬機(jī)道采用5 排鋼帶錨桿、1 排鋼帶錨索、1 排組合錨索和1排走向工字鋼，以往工作面采用ZF15000/27.5/42支架，8102 孤島工作面采用ZF21000/27.5/42 支架，支架變長，故機(jī)道寬度由原來的6.25 m 擴(kuò)寬至7.1 m，因此機(jī)道支護(hù)增加1 排錨桿+鋼帶支護(hù)。具體支護(hù)方式如圖3 所示。

圖3 同忻礦8102 工作面優(yōu)化后停采設(shè)計(jì)Fig.3 The stoping design of 8102 working face after optimization in Tongxin Mine

支護(hù)優(yōu)化前后具體對比見表1。

表1 同忻礦綜放工作面停采支護(hù)優(yōu)化前后比較Table 1 Comparison between before and after optimization of stop mining support in fully mechanized caving face of Tongxin Mine

3 優(yōu)化效果

3.1 快速停采成效

8102 孤島工作面通過對停采設(shè)計(jì)優(yōu)化后，較以往工作面相比，雖然采用ZF21000/27.5/42 型支架，擴(kuò)寬機(jī)道寬度由之前的6.25 m 增加到7.1 m，需多補(bǔ)打1 排鋼帶錨桿，但是通過對主頂梁工字鋼錨索進(jìn)行優(yōu)化，較以往相比，停采時(shí)間大大縮短，實(shí)現(xiàn)了工作面的快速停采，見表2。

表2 同忻礦各綜放工作面停采時(shí)間對比Table 2 Comparison of stopping time of each fully mechanized caving face in Tongxin Mine

通過與以往工作面相比，經(jīng)過優(yōu)化后，雖然8102 孤島工作面傾斜長度平均增加了38.8 m，支架數(shù)量平均多出22 架，但是停采時(shí)間最短，平均節(jié)省了5.6 d，實(shí)現(xiàn)了安全高效快速停采。

3.2 經(jīng)濟(jì)效益對比

8102 孤島工作面經(jīng)過合理優(yōu)化后，整體支護(hù)上減少73 根3.8 m 工字鋼，減少786 根8.3 m 錨索，減少584 根2.8 m 錨桿，當(dāng)然也增加了一部分鋼絲繩和6.3 m 的錨索。

停采期間節(jié)省費(fèi)用主要有兩部分，即材料費(fèi)用和人工費(fèi)用。

（1） 材料費(fèi)用。減少73 根3.8 m 工字鋼費(fèi)用104533 元，減少786 根8.3 m 錨索費(fèi)用310863 元，減少584 根2.8 m 錨桿費(fèi)用141912元，增加7000 m 鋼絲繩（12 根橫向、147 根縱向） 費(fèi)用為77000 元、增加232 根6.3 m 錨索費(fèi)用74588 元。此次快速停采主要節(jié)省材料費(fèi)用共計(jì)約為40.6 萬元。

（2） 人工費(fèi)用。停采支護(hù)人工費(fèi)用情況根據(jù)以往停采支護(hù)用工用時(shí)情況，預(yù)計(jì)優(yōu)化前需要17 d完成停采支護(hù)，實(shí)際優(yōu)化后用12 d，節(jié)約時(shí)間5 d。按照每日早班+夜班共計(jì)120 人，每工500 元/d計(jì)算，此次工藝共計(jì)節(jié)約人工費(fèi)用30 萬元。

因此本次停采設(shè)計(jì)優(yōu)化后共節(jié)省材料和人工費(fèi)用為70.6 萬元。

4 結(jié)語

同忻礦8102 孤島工作面在停采期間雖然仍受應(yīng)力疊加影響，在保證安全的前提下，通過對原有停采設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，增加部分鋼絲繩，僅用12 d 完成所有停采支護(hù)，較以往工作面平均節(jié)省5.6 d，實(shí)現(xiàn)了安全高效快速停采。此次8102 工作面通過優(yōu)化后，整體支護(hù)上減少73 根3.8 m 工字鋼、減少786 根8.3 m 錨索、減少584 根2.8 m 錨桿，節(jié)省材料費(fèi)用和人工費(fèi)用共計(jì)70.6 萬元，經(jīng)濟(jì)效益顯著。此次實(shí)習(xí)安全快速停采支護(hù)，為大同礦區(qū)特厚煤層綜放工作面停采提供了經(jīng)驗(yàn)，具有推廣的價(jià)值。