強膨脹泥巖少留底煤開采技術研究

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強膨脹泥巖少留底煤開采技術研究

楊小勇 唐忠義

（陜西長武亭南煤業有限責任公司，陜西 長武 713600）

摘要：綜放工作面強膨脹泥巖底板，通過調整工作面回采方向由俯采改為仰采，回采期間嚴格遵循“沿底不破”的原則，同時加強水源控制，實現了安全高效回采。

關鍵詞：綜放工作面；強膨脹泥巖；安全高效

引言

亭南煤業軟巖治理項目屬于國家重點基礎研究計劃973項目現場科學試驗工程。所采煤層為侏羅紀延安組4#煤層，三盤區煤層厚度0～15m。煤層底板為鋁質泥巖，鋁質泥巖具有遇水膨脹的特性，對回采造成影響，亭南煤業先后在303、108、304工作面成功實現了少留底煤開采，并積累了一定的經驗。下面以304工作面為例進行說明如下。

一、工作面概況

1 .煤層賦存情況。3 0 4綜放工作面長2 0 5 m，共安裝ZF10000/20/38型液壓支架。138組，推采長度1485m，所采煤層埋深495～564m，煤層厚度5.0～15.6m，平均厚度9.4m，煤層傾角0～11度，平均4度。煤層結構為：0.7（0.2）0.3（0.2）8.0。普氏硬度系數f=1.95～2.7。

2.頂底板情況。直接頂為泥巖，平均厚度1.3m，老頂為砂質泥巖、細粒砂巖、平均厚度16.4m，直接底為鋁質泥巖，平均厚度為2.0m，容易風化、軟化及裂隙化，遇水極易發生膨脹，巖體泥化。底板鋁質泥巖黏土礦物中伊/蒙混層質量分數為18.0%，高嶺石質量分數高達71.0%，屬于中膨脹性軟巖，膨脹性較強，老底為砂質泥巖，平均厚度9.4m。

3.巷道布置情況。工作面采用四巷布置方式，分別是運輸順槽、回風順槽、輔助運輸巷、高抽巷。運輸順槽為矩形斷面，采用錨網索支護，巷道凈寬5.8m，凈高3.5m，S凈=20.3m2，掘進期間保留底煤厚度2.0m，回風順槽為矩形斷面采用錨網索支護，巷道凈寬5000mm，凈高3200mm，S凈=16.0m2，掘進期間保留底煤厚度2m。

4.地質構造情況。該區域位于南玉子向斜東南翼，根據已有勘探資料，本區域未發現斷層，屬于簡單構造。

二、前期準備工作

1.調整工作面回采方向。通過在三盤區東翼布置三盤區東翼回風巷、膠帶巷和軌道運輸巷，將工作面回采方向由原設計的由東向西改為由西向東，實現工作面由俯采變為仰采。

2.調整工作面兩順槽位置。將運輸順槽由原來位置較低的一側改為較高的一側，避免轉載機拉水炭，甚至造成煤流系統無法正常運行。

3.設備選型。將回風順槽過渡支架的型號由ZF10000/20/38型液壓支架調整為ZFG10000/27/45型過渡支架，另外在回風端頭設計一組端頭支架，型號為ZT16400/29.5/65，將回風超前支架由ZCZ12700/24/40型超前支架改為ZCZ12700/30/47型超前支架（以上優化設計在304工作面綜機配套選型時同步完成）。在進行支架高度調高的同時，兼顧了高度調低的可逆性，為后期繼續使用做準備。

三、回采期間遇到的主要問題

1.工作面局部揭露底板泥巖。工作面10#～60#架段揭露底板泥巖，20#～40#架段出現支架鉆底，支架初撐力無法達到24MPa,前部刮板輸送機推移步距無法一次達到設計步距0.8m，造成循環產量降低，后部運輸機處底板出現底鼓，造成其傾斜，降低了裝煤效果。

2.運輸順槽揭露泥巖。運輸順槽超前工作面200m出現底鼓，頂底板最大移近量達到900mm。因底板底鼓落底后揭露泥巖，泥巖在轉載機破碎機電機冷卻水及防塵水的影響下，出現軟化膨脹，導致轉載機拉移困難，超前架組、端頭架傾斜，初撐力無法達到規定要求。

3.回風順槽揭露泥巖。回風順槽頂底板移近量達到500mm，超前架組無法前移。

四、采取的主要措施

1.嚴格頂底煤探測制度。工作面每推進10m探測一次頂底煤厚度；采煤機司機加強現場交接班，及時掌握底煤厚度；在底板揭露泥巖后，對支架底座下陷的支架在底座底下墊Ф210mm，長度5m的圓木，以提高底板比壓，同時加快工作面推采速度。

2.嚴格控制運輸順槽超前落底長度。根據工作面兩班生產，每天推采6～8刀這一情況，轉載機機頭以外落底工作超前不得超過30m，轉載機橋部以下落底跟隨皮帶自移機尾后部進行。對于運輸順槽頂板采取鋼板托盤配合Ф17.8×8500mm錨索進行支護，對頂板下沉嚴重地段打設Ф22×6000mm注漿錨索，其余地段打設普通錨索。工字鋼沿垂直于巷道方向布置，間距1.8m。

3.加強設備冷卻水管理。將轉載機、破碎機、前后部刮板輸送機電機冷卻水采用Ф32mm膠管引至運輸順槽后部采空區。

4.回風順槽人工落底。采取超前工作面50m人工落底，以滿足超前架組前移需要。

五、結論

1.回采工作面采取仰采，避免俯采，面后排水是實現薄底煤或無底煤開采的主要手段。

2.強膨脹泥巖底板工作面布置回采巷道時，必須保留1～2m底煤厚度，對底板進行封閉以避免或較小底板底鼓量，當出現底鼓時可以落底處理。

3.回采期間對各設備電機冷卻水進行集中收集，避免底板遇水膨脹。

4.在工作面底板揭露泥巖時加快工作面推采速度是一項重要措施，當出現支架或轉載機鉆底時，采取墊圓木等措施可起到提高底板比壓的作用。

參考文獻：

[1]譚英杰，泥巖膨脹機理的彈塑性力學分析。見哈爾濱工程大學博士論文.2015.10

[2]蔡克海，劉會斌，胡少博，彬長礦區軟底巷道變形特征及治理方案。見全國煤礦復雜煤層開采技術，2012.1

文章編號：1671-864X（2015）05-0051-01

文獻標識碼：A

中圖分類號：TD353

作者簡介：楊小勇（1975.4--）畢業院校：大同煤炭工業學校，現供職于：陜西長武亭南煤業有限責任公司。