動力災(zāi)害礦井松軟煤層工作面優(yōu)化

蒙進(jìn)寶 孫天寧

（甘肅靖遠(yuǎn)煤電股份有限公司，甘肅白銀 730910）

0 序言

隨著礦井進(jìn)入深部開采，各種災(zāi)害疊加，急傾斜煤層傾角大、厚度變化較大、采掘接續(xù)緊張等問題需要從工藝進(jìn)行優(yōu)化工作是非常關(guān)鍵。急傾斜特厚煤層開采現(xiàn)采用水平分段綜采放頂煤開采，從礦井產(chǎn)能低、生產(chǎn)成本高的實(shí)際情況來看，通過對急傾斜煤層工作面巷道布置、支護(hù)進(jìn)行優(yōu)化，提升掘進(jìn)速度，確保礦井采掘接續(xù)正常，降低生產(chǎn)成本，減少災(zāi)害影響，有著非常重要的意義。

1 工程背景

王家山煤礦是甘肅靖遠(yuǎn)煤電股份有限公司的骨干礦井之一，現(xiàn)有一號井和四號井兩對生產(chǎn)礦井，其中一號井主回采水平標(biāo)高1240m，工作面回采標(biāo)高1270m，埋深達(dá)600 米以上。井田內(nèi)分布有F15、F16和F17斷層組，主采煤層為煤2和煤4，煤層賦存于中侏羅統(tǒng)窯街組，整體呈西薄東厚態(tài)勢，平均厚度13m，平均傾角50.1°，普氏硬度系數(shù)f介于0.8～1.5之間。經(jīng)煤巖沖擊傾向性鑒定，煤2 和煤4 均具有沖擊傾向性，沖擊危險(xiǎn)性評價(jià)一號井屬弱沖擊危險(xiǎn)性礦井。受沖擊地壓災(zāi)害影響，礦井采掘不平衡，工作面接續(xù)緊張，給礦井造成重大事故隱患。如何突破傳統(tǒng)思維，從設(shè)計(jì)源頭上防治動力災(zāi)害，為加快巷道掘進(jìn)速度創(chuàng)造有利條件，成為解決接續(xù)問題的重點(diǎn)研究對象。

2 影響巷道施工進(jìn)度因素分析

一號井二采區(qū)首采工作面為二201工作面，工作面走向610 米，掘進(jìn)總工程量1441 米，2019 年9 月7日開口，采取運(yùn)輸順槽滯后回風(fēng)順槽150米雙頭并進(jìn)方式掘進(jìn)，于2021 年1 月10 掘進(jìn)結(jié)束。根據(jù)二201工作面兩道實(shí)際掘進(jìn)情況分析，影響掘進(jìn)速度的因素分析如下。

2.1 掘進(jìn)期間災(zāi)害治理占用時(shí)間長

二201 工作面煤層沖擊危險(xiǎn)性評價(jià)為中等沖擊危險(xiǎn)，兩道在施工過程中要實(shí)施沖擊地壓防治措施，每天早班掘進(jìn)之前在掘進(jìn)工作面正前、退后20m、40m、60m 處共施工4 組8 個(gè)鉆孔進(jìn)行鉆屑監(jiān)測，用時(shí)3～4 小時(shí)；掘進(jìn)工作面正前每掘進(jìn)22m 施工一個(gè)Φ 80mm、深度30m 的高壓注水鉆孔和3個(gè)Φ100mm、深度30m 大直徑卸壓空孔，用時(shí)1～1.5 天，每月影響2～3天；落實(shí)沖擊地壓煤層掘進(jìn)工作面每班警戒區(qū)域內(nèi)進(jìn)入人員不得超過9 人之規(guī)定，除安檢員1 人、瓦檢員1 人、取鉆屑人員3 人外，工作面實(shí)際掘進(jìn)工4人，導(dǎo)致后巷架棚加強(qiáng)支護(hù)與掘進(jìn)頭錨網(wǎng)索掘進(jìn)支護(hù)不能平行作業(yè)，早班停掘架棚，中、夜班各掘進(jìn)一網(wǎng)，即每月影響10天。

2.2 巷道埋深大，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，地應(yīng)力大

二201 工作面埋深達(dá)622 米，上覆巖層厚，垂直應(yīng)力大；成煤地層受F15、F16 和F17 斷層組影響，構(gòu)造應(yīng)力大；受斷層破碎帶影響，煤質(zhì)松軟破碎，錨網(wǎng)索支護(hù)巷道成形難以控制，多以手工挖掘方式施工，日進(jìn)度平均僅1.4m（月進(jìn)度35m 左右），易發(fā)生抽冒頂事故，曾多次出現(xiàn)鉆屑值超過預(yù)警臨界值，巷道收斂變形量大（底鼓量達(dá)0.8～1.5m），被迫增加40U 型鋼支架加強(qiáng)支護(hù)（滯后工作面5m 架棚），多次人工反復(fù)下底清理。

2.3 綜掘設(shè)備效能發(fā)揮不充分

由于煤質(zhì)松軟破碎，只能采取人工“挖一錨一”支護(hù)頂部錨桿后，方可使用綜掘機(jī)截割、出煤，不能全斷面一次性截割成巷利用多臺錨桿鉆機(jī)同時(shí)進(jìn)行作錨網(wǎng)支護(hù)作業(yè)。

3 工作面優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

3.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)方案工作面概況

二202 工作面是二201 工作面的接替工作面，位于一號井二采區(qū)東翼，西以1270分層石門為界，鄰于二201 工作面；東部及北部以礦權(quán)邊界為界，北部鄰于靖遠(yuǎn)縣王家山煤業(yè)有限公司王家山煤礦，南部尚未開采，對應(yīng)地面標(biāo)高為1850～1917m，工作面標(biāo)高1271～1295m，最大埋深622m，主采煤2，煤層走向247～253°，傾向南東，傾角60～78°，厚度15.4～43.2m，煤層頂?shù)装迤鸱兓?，賦存不穩(wěn)定。根據(jù)鉆探及石門揭露資料，工作面以北16～61m（法線距離）發(fā)育有F16 逆斷層，斷層產(chǎn)狀：70～91°S∠58～81°，落差大于150m，預(yù)計(jì)工作面掘進(jìn)至415～430m處時(shí)將穿過F16 逆斷層，對煤層連續(xù)性造成破壞，發(fā)生沖擊地壓的可能性較大。

3.2 設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化

1）優(yōu)化巷道布置方式。將原來兩道沿煤層頂?shù)装宀贾玫拿合?，調(diào)整布置在頂?shù)装鍘r層中，一是沖擊危險(xiǎn)性大大降低；二是巖巷掘進(jìn)，掘進(jìn)頭正前不再施工高壓注水和大直徑卸壓鉆孔；三是不需要進(jìn)行鉆屑監(jiān)測；四是能全斷面一次性截割成巷，減少工序影響。

2）簡化施工工序。巷道布置由煤巷調(diào)整為巖巷后，對原支護(hù)方式同時(shí)進(jìn)行調(diào)整，取消套架鋼支架加強(qiáng)支護(hù)。

3）調(diào)整底板巷（運(yùn)輸順槽）坡度。將工作面布置由原水平分段布置方式調(diào)整為正斜切分段布置，增加工作面傾向長度。

4）加強(qiáng)局部松軟煤層段支護(hù)強(qiáng)度。兩道穿松軟煤層段的巷道支護(hù)方式在原錨網(wǎng)索支護(hù)基礎(chǔ)上，每隔5m 在拱部增加一排Φ21.8×4500mm 的鋼絞線配合寬度275mm的“W”鋼帶進(jìn)行護(hù)表支護(hù)。

4 實(shí)施效果

1）通過調(diào)整巷道布置方式、改變支護(hù)方案，簡化施工工序，巷道施工速度明顯提高，二202 工作面設(shè)計(jì)走向長919 米，總工程量2024 米，2020 年10 月24日開工，運(yùn)輸順槽滯后回風(fēng)順槽150 米雙頭掘進(jìn)，2021 年11 月18 日完工，日進(jìn)度最高達(dá)到4.9m，平均3.5m,月進(jìn)度平均達(dá)到88m。

2）通過將兩順槽布置在頂、底板巖層中，調(diào)整底板巷（運(yùn)輸順槽）坡度，工作面傾斜長度由7m 增加至18.5m，保證了工作面回采設(shè)備正常運(yùn)行所需的幾何尺寸（后期煤層較薄，若在煤層中布置兩道，工作面傾斜長度僅7m,刮板輸送機(jī)運(yùn)行的最短長度需8～10m 左右），同時(shí)使工作面可采走向長度增加547m，兩順槽頂部的三角煤全部回收，減少了煤炭資源損失，提高了回收率7%。

3）松軟破碎煤層段巷道支護(hù)，在錨網(wǎng)索基礎(chǔ)上增加“W”鋼帶和40U 鋼棚，提高了護(hù)表強(qiáng)度。同時(shí)，縮短了主動支護(hù)與被動支護(hù)的間隔時(shí)間。實(shí)踐證明，穿煤段巷道收斂變形得到有效控制，穩(wěn)定性增強(qiáng)，支護(hù)可靠性提高。工作面后期兩道布置在頂?shù)装鍘r層中，以巖代煤布置，圍巖條件改善，巷道成形更易于控制，巷道自身承能力增強(qiáng)。

5 結(jié)語

該優(yōu)化方案針對王家山煤礦一號井沖擊地壓條件下急傾斜厚度12～15m 的松軟煤層實(shí)際，打破回采巷道布置于煤層中的傳統(tǒng)慣例，通過以巖代煤方式，有效避開了沖擊地壓危險(xiǎn)區(qū)域和掘進(jìn)擾動應(yīng)力疊加的影響，提高了掘進(jìn)速度，使工作面接續(xù)得到保障；滿足了工作面回采設(shè)備運(yùn)行的最短必要長度，使設(shè)備運(yùn)行更加可靠；提高了復(fù)雜地質(zhì)條件下資源回收率。該優(yōu)化方案對其它沖擊地壓礦井急傾斜軟煤層類似條件下工作面布置提供了有益的借鑒經(jīng)驗(yàn)，具有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值。