大埋深薄基巖條件下底分層工作面回采技術研究

張立文　付玉斌

摘要：本文介紹了河南能源化工集團焦煤趙固一礦東一盤區11111工作面下分層11112工作面在埋深大、頂板松散層厚度大、頂板基巖薄等特點的地質情況下，通過采用注漿加固煤墻、頂板、煤層及頂板注水、規范現場操作、強化支架檢修等措施。解決了頂板冒落、煤墻片幫、頂板空頂掉矸、工作面推進困難等問題。

關鍵詞：趙固一礦；大埋深；底分層工作面；回采技術

趙固一礦生產地質條件復雜，井深、沖積層厚、基巖薄、地壓大、水壓高、頂底板水患嚴重、煤層頂板穩定性差，隨著礦井東翼地區頂分層煤開采范圍逐步加大，頂分層工作面接替較為緊張，為保證礦井生產正常，亟需對礦井底分層進行開采。根據趙固一礦東一盤區頂分層工作面回采期間礦壓顯現情況，煤層頂板板梁結構不明顯，上下順槽超前影響范圍大，上覆基巖自穩性差，架后冒落矸石為泥團狀結構，預計開采二分層時，因再生頂板完整性差，頂底板破壞深度會加大，安全回采難度將增大，而目前國內煤礦多采用放頂煤開采工藝回采煤炭，類似井田地質條件下可借鑒底分層煤開采技術經驗較少，底分層開采技術已成為制約趙固一礦安全生產發展的瓶頸。

一、工作面概況及回采過程中存在的主要問題

（一）工作面概況

趙固一礦位于焦作煤田東部、太行山南麓。本井田煤系地層上部被巨厚新生界地層覆蓋，新生界地層平均厚480m，煤層埋藏深度平均580m。本文主要研究的11112工作面為趙固一礦東一盤區11111工作面下分層工作面，北鄰東翼回風大巷，東為已回采的11131工作面，西為已回采的11091工作面，南為實體煤。工作面開采煤層為二1煤層，煤層平均厚度為2.5m，平均傾角為-4°。工作面沿走向布置，走向長度平均為857m（至停采線），傾向長度為181m，面積為155117m2，可采儲量（2.5m）為52.7萬t，服務年限為8.8個月。工作面采用傾斜分層走向長壁下行垮落采煤法，綜合機械化采煤工藝，沿煤層人工假頂回采，底分層設計采高2.5-3.0m，煤厚小于2.5m時采高為2.5m，煤厚大于2.5m時，采高與煤厚一致。采用全部垮落法處理采空區。

（二）回采過程中存在的主要問題

趙固一礦11112工作面為東一盤區11111工作面下分層工作面，具有頂板松散層厚度大、頂板基巖薄等特點。11112工作面設計采高2.5-3.0m，煤厚小于2.5m時采高為2.5m，煤厚大于2.5m時，采高與煤厚一致。由于11111工作面回采期間對后續回采工作考慮不足且管理不規范，沒有對采空區進行灑漿處理，造成二次假頂銹結質量較差，加之頂板松散層厚度大、頂板基巖薄，工作面頂板管理較為困難，11112工作面自投產以來工作面頂板掉矸問題較為普遍，對工作面正常生產及煤質影響極大。

二、主要技術措施設計

（一）注漿加固煤墻、頂板

采用固特結加固料對工作面煤墻和頂板進行預注漿加固，提高煤墻和頂板的穩定性，防止片幫、冒頂。

2.注漿壓力要求：注漿壓力0.5-1MPa。

3.注漿要求及注漿孔布置：

（1）整體要求：將工作面劃分為兩個區段，1-60架為第一區段，61-120架為第二區段，每天注一個區段，循環交替進行。

（2）注漿孔布置：

①對當天所注區段頂板、煤壁完整情況進行分析，頂板、煤壁較為完整地段注漿孔間距7.5m，頂板、煤壁較差段注漿孔間距3m。

②根據近三天工作面頂板、煤壁完整情況進行連續分析，確定容易片幫、掉矸地段進行布孔注漿，注漿孔間距3-5m。

③對工作面已出現片幫、掉矸的地段進行布孔注漿，注漿孔間距3-5m。

4.對已出現較嚴重的頂板漏矸地段（高度達到2m以上）注充填料進行維護頂板。

（二）煤層及頂板注水

采用煤壁及頂板注水措施，改變煤體物理力學性質，濕潤煤體并促進頂板銹結。提高煤墻和頂板的穩定性，防止片幫、冒頂。

1.注水孔設計：注水孔深度6m，孔口距頂板1-1.5m，注水孔與水平夾角14-19度，終孔位置進入假頂400-600mm。見圖2。

2.注水時間及封孔

（1）煤層注水鉆孔施工及注水工作在檢修班進行。

（2）封孔參數及封孔工藝：封孔采用橡膠快速封孔器封孔，封孔器長度為1m，封孔深度不小于1m。

3.注水參數

（1）注水壓力：采用乳化泵注水，注水壓力為8～10MPa。

（2）單孔注水時間：實際單孔注水時間以煤壁出水或滲水時為準。

4.操作流程

（1）施工注水鉆孔。

（2）安裝注水器，并接通液壓管路。

（3）打開注水閥門進行注水，同時觀察煤墻變化。每次最多4個孔同時進行注水。

（4）當煤墻出現滲水等現象時，關閉注水閥門，待卸壓后取出注水器。

（三）規范現場操作

1.支架工

（1）工作面支架全部拉超前架維護頂板（需挑頂段除外）。

（2）割煤期間采取追機移架，拉架滯后采煤機后滾筒不超過10架。

（3）超前采煤機前滾筒不超過2架收回護幫板，滯后前滾筒不超過2架伸出伸縮梁并打開護幫板維護頂幫。

（4）支架頂梁高度要與工作面假頂層位一致，嚴禁支架升過頂板。

（5）調整好支架狀態，嚴禁出現倒架、擠架、栽頭架、仰頭架、頂梁錯差、架間隙過大等情況出現。

（6）支架初撐力不小于24MPa（頂板漏矸、空頂段除外）。

（7）必須采取帶壓擦頂移架。

2.采煤機司機操作要求

（1）控制好工作面采高，保持在2.6-3m。endprint

（2）保證工作面煤壁平直，嚴禁留傘檐。

（3）與支架工配合好，拉架滯后時要及時降低采煤機割煤速度或停機。

（四）強化支架檢修

1.保證支架伸縮梁、護幫板能夠正常動作，方便支架工維護頂板、煤壁；保證支架立柱完好，不漏液，能夠較好的支撐頂板；保證支架液壓系統完好，方便支架操作；保證支架推槽、拉架機構正常，能夠實現支架快速拉移。

2.現場必須有以下備用設備：護幫板、護幫板千斤頂、伸縮梁千斤頂、伸縮梁托板、推移桿、推移千斤頂、十字頭、常用液壓管。

3.工作面護幫板、推移桿出現損壞時次日必須進行更換；護幫板、伸縮梁、推移桿千斤頂出現損壞的當天必須更換；十字頭及銷軸、液壓管路出現損壞的當班必須進行更換。

三、現場工程實踐核心要點及效果評價

（一）現場工程實踐核心要點

1.在化學漿注漿加固方面，通過合理調整注漿孔開孔位置、注漿孔角度、注漿孔深度等參數，將終孔位置調整至假頂以上400-600mm，從而能夠有效加固再生頂板，控制頂板冒落。同時通過漿液擴散，已破碎存在裂隙煤體受化學漿粘結成塊，能夠有效控制煤墻片幫。

2.通過對煤層高壓注水，改變煤體物理力學性質，能夠有效減少煤墻片幫、頂板空頂掉矸問題，同時通過對再生頂板注水，在一定程度上能夠促進頂板銹結，控制頂板冒落。

（二）效果評價

通過加強工作面注漿質量管理、注水質量管理及拉架質量管理，工作面片幫、掉矸問題較前期有明顯好轉，前期每小班推進0.5-1刀，目前每小班推進1-2刀，推進速度較前期明顯加快。

四、結語

通過采取各項措施，明顯改善了11112工作面生產條件，頂板掉矸問題明顯減少，架前人工裱褙荊片等施工有所減少，有效降低了現場施工安全隱患。

在目前我礦接替緊張的形勢下，11112工作面推進速度的加快能夠有效緩解我礦其他采煤工作面生產壓力。

11112工作面底分層工作面開采在我礦乃至趙固礦區尚屬首例，隨著頂層工作面的持續快速回采及大巷開拓工程的嚴重滯后，底分層工作面回采技術的不斷摸索與優化，對我礦持續高效發展意義重大。

參考文獻：

[1]盧永戰. 底分層破碎頂板巷道注漿技術改進研究[J]. 煤炭與化工， 2014， 37（3）：100-101.

[2]林建春. 三軟巖層底分層回采工作面頂板管理的幾點做法[J]. 山東煤炭科技， 1995（1）：23-24.

作者簡介：張立文（1986.05-），男，河南焦作人，畢業于河南理工大學采礦工程專業，本科，助理工程師。endprint