8102 特厚煤層綜放孤島工作面快速停采實(shí)踐

陳建偉

（馬道頭煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 大同 037100）

大同礦區(qū)特厚煤層綜放工作面快速停采施工一直以來都是一項(xiàng)技術(shù)難題。由于煤層厚度大，夾矸層數(shù)多，受火成巖侵入嚴(yán)重，煤頂完整性較差，且設(shè)備選型大，需要擴(kuò)機(jī)道跨度大，造成停采支護(hù)困難。傳統(tǒng)的停采多以“錨索+錨桿+鋼帶+鋼梁+金屬網(wǎng)”聯(lián)合支護(hù)形式，停采用工多，耗費(fèi)材料多，效果和效率都較差[1-2]。本文以同忻礦C3-5#層煤層開采為研究對象，以往10 個(gè)綜放工作面平均長度212.2 m，支架數(shù)量平均為125 架，平均停采用時(shí)17.6 d，整體效率偏低。本次以同忻8102 綜放孤島工作面為例，進(jìn)行停采方案優(yōu)化研究與實(shí)踐。

1 工程概況

8102 工作面開采煤層為C3-5#煤層，平均厚度14 m。煤種以1/3 焦煤為主，內(nèi)生裂隙發(fā)育，為條帶狀結(jié)構(gòu)。煤層傾角為3°～5°，煤層中含7 層夾矸，夾矸總厚度為2.4 m。工作面可采走向長1400 m，傾向長251 m，共布置ZF21000/27.5/42D 型放頂煤支架147 架。巷道布置形式為“U+I”型，即進(jìn)風(fēng)巷、回風(fēng)巷、頂板高抽巷。8102 工作面兩側(cè)與8101、8103 工作面采空區(qū)相鄰，區(qū)段煤柱為6 m，屬于小煤柱孤島工作面，詳見圖1。

圖1 工作面巷道布置圖

2 停采方案設(shè)計(jì)與實(shí)施

2.1 準(zhǔn)確選擇停采位置

停采位置選擇至關(guān)重要，在停采位置選擇上對以下幾個(gè)重點(diǎn)方面進(jìn)行提前考慮和分析。

（1）保證停采位置附近無地質(zhì)構(gòu)造影響

地測科通過分析鉆孔、現(xiàn)場以及之前的探測資料得出8102工作面停采位置1400 m附近無地質(zhì)構(gòu)造。

（2）保證停采位置不受應(yīng)力疊加影響

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；進(jìn)風(fēng)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；回風(fēng)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)受回風(fēng)巷的回風(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。

（3）要避開周期來壓影響

在停采過程中，為保證支護(hù)期間頂板完整，盡量避開在支護(hù)期間（尤其擴(kuò)刷機(jī)道期間）遇上周期來壓。因此對8102 工作面周期來壓步距進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析：正常推進(jìn)階段（頭～1085 m）：最大來壓步距為38 m，最小來壓步距為15 m，平均來壓步距為26 m。推進(jìn)緩慢階段（1085～1370 m）：最大來壓步距為28 m，最小來壓步距為15 m，平均來壓步距為21 m。通過對8102 工作面周期來壓分析，大小步距分布情況及來壓強(qiáng)度無明顯規(guī)律可尋，為盡量避開周期來壓（放慢推進(jìn)度后，步距為15～18 m 分布居多），以最小步距15 m 去分析礦壓情況較為可靠。因此綜合考慮，確定8102 工作面步距為：（26+21+15）÷3 ≈20 m，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)?zāi)┎善陂g不放煤后，步距還會加長。

8102 工作面按20 m 周期來壓步距計(jì)算（即一般割27 刀為一次周期來壓循環(huán)步距）。通過現(xiàn)場觀察和統(tǒng)計(jì)，每次周期來壓循環(huán)可以分為三個(gè)部分：持續(xù)壓力區(qū)（一般為10 刀左右）；頂板完整區(qū)（一般為12 刀左右）；頂板惡化區(qū)（一般為5 刀左右）。8102 工作面鋪網(wǎng)距離為18 m，即工作面自上網(wǎng)后需推進(jìn)24 刀將工作面機(jī)道擴(kuò)刷完畢，（24 刀中工作面自上網(wǎng)先推12 刀，這12 刀只進(jìn)行掛網(wǎng)，不進(jìn)行任何支護(hù)；第13 刀～24 刀，每割1 刀或者2 刀均需要進(jìn)行支護(hù)）。如果遇到強(qiáng)烈的周期來壓，計(jì)劃從采位1365 m，待頂板來壓后，往前推進(jìn)3～5 刀，頂板穩(wěn)定后，第一時(shí)間上網(wǎng)，將無支護(hù)鋪網(wǎng)在主頂梁上，有支護(hù)鋪網(wǎng)放在機(jī)道上。

2.2 優(yōu)化停采支護(hù)方案

同忻礦已回采工作面的停采方案和設(shè)計(jì)，投入的材料多，支護(hù)時(shí)間長，支護(hù)速度慢。此次對8102工作面停采方案進(jìn)行了多次討論，在保證安全的前提下，優(yōu)化支護(hù)設(shè)計(jì)，降低支護(hù)強(qiáng)度，加快工作面的快速停采。方案主要對支架主頂梁支護(hù)進(jìn)行優(yōu)化，由原來的四排“8.3 m 錨索+三眼工字鋼”和一排“2.8 m 錨桿+五眼鋼帶”優(yōu)化為兩排“6.3 m 錨索+兩眼工字鋼”和一排鉛絲吊掛無支護(hù)的工字鋼。整體支護(hù)上減少了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，也增加了一部分鋼絲繩和6.3 m 錨索。整體從錨索長度、錨索數(shù)量及部分錨桿進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化保證了8102 工作面在停采期間快速支護(hù)和推進(jìn)，保證停采期間頂板完整、無離層。

2.3 加強(qiáng)勞動組織保障

加快停采關(guān)鍵在于加強(qiáng)停采支護(hù)的勞動組織。工作面共布置147 個(gè)支架，施工6 排支護(hù)，每排支護(hù)鋼梁和鋼帶的數(shù)量為73 根。為保證施工進(jìn)度，每臺鉆安排3 人為一個(gè)施工小組，共需人數(shù)為42人，另外安排6 名熟練工作為機(jī)動人員，同時(shí)安排10 人進(jìn)行運(yùn)料，共計(jì)每班施工人數(shù)為58 人。為保證14 臺風(fēng)鉆能夠同時(shí)施工，自回風(fēng)巷再鋪設(shè)一趟Φ159 mm 風(fēng)管，保證頭尾各有一趟風(fēng)管，每趟風(fēng)管給7 臺風(fēng)鉆供風(fēng)，基本能滿足生產(chǎn)需要。工作面除正常使用的14 臺鉆外，另外再備用3 臺鉆，并提前準(zhǔn)備好PVC 管、梯子、木板、短錨索、道木等備用材料。

2.4 加強(qiáng)末采期間設(shè)備管理

機(jī)電事故是影響末采時(shí)間的重要因素，嚴(yán)重制約工作面正常推進(jìn)和停采支護(hù)工作開展，特別是在工作面來壓頂板破碎或發(fā)生離層支護(hù)困難的情況下，更易導(dǎo)致工作面現(xiàn)場管理難度加大、安全風(fēng)險(xiǎn)增加。因此，在末采期間要加強(qiáng)對設(shè)備的檢修和維護(hù)，按照設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及時(shí)檢修，由過去被動的處理事故轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃宇A(yù)防事故。

2.5 加強(qiáng)末采期間工程質(zhì)量管理

末采期間的工程質(zhì)量直接影響著工作面后期的安全回撤工作，因此工程質(zhì)量管理要比平時(shí)要求更加嚴(yán)格，要確保工作面三直兩平、擴(kuò)刷機(jī)道高度達(dá)到回撤規(guī)定要求、支架初撐力合格率100%等，力求做到停采期間工作面標(biāo)準(zhǔn)化動態(tài)達(dá)標(biāo)。

3 現(xiàn)場應(yīng)用效果

（1）8102 工作面原定需要17 d 完成停采支護(hù)，而實(shí)際優(yōu)化后僅用12 d完成停采支護(hù)，節(jié)約時(shí)間5 d。

（2）停采期間一共節(jié)省費(fèi)用70.6 萬元，主要為材料費(fèi)用和人工費(fèi)用。材料費(fèi)用減少73 根3.8 m工字鋼（費(fèi)用104 533 元），減少786 根8.3 m 錨索（費(fèi)用310 863 元），減少584 根2.8 m 錨桿（費(fèi)用141 912 元），增加7000 m5′鋼絲繩（12 根橫向、147根縱向）（費(fèi)用77 000 元），增加232 根6.3 m 錨索（費(fèi)用74 588 元），本次快速停采主要節(jié)省材料費(fèi)用共計(jì)約40.6 萬元。人工費(fèi)用根據(jù)以往停采支護(hù)用工節(jié)約時(shí)間5 d，按照每日早班+夜班共計(jì)120人計(jì)算，每工500 元/天，共計(jì)節(jié)約人工費(fèi)用約30萬元。

4 結(jié)論

（1）8102 工作面安全快速停采方案設(shè)計(jì)與實(shí)施主要是把握兩個(gè)關(guān)鍵和三個(gè)保障。兩個(gè)關(guān)鍵即停采位置選擇和合理優(yōu)化支護(hù)方案；三個(gè)保障即加強(qiáng)勞動組織保障、加強(qiáng)末采期間設(shè)備管理、加強(qiáng)末采期間工程質(zhì)量管理。

（2）8102 工作面傾向長度比以往長51 m，支架噸位接近60 t，礦壓顯現(xiàn)強(qiáng)烈條件下，通過方案優(yōu)化，僅用12 d 內(nèi)完成了全部停采支護(hù)，較以往平均停采時(shí)間節(jié)約5 d。

（3）8102 工作面停采期間一共節(jié)省費(fèi)用70.6萬元，其中節(jié)省材料費(fèi)用40.6 萬元，節(jié)省人工費(fèi)用30 萬元，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果顯著。