復雜條件綜放安全開采綜合技術實踐應用

梁一鵬

（山西焦煤汾西礦業宜興煤業綜采隊，山西 孝義 032300）

1 工作面概況

宜興煤礦1203工作面位于-1100水平前組一釆區，埋深880～970m。工作面走向長2100m，傾斜長150m，由西向東推采。當前主采為4#層煤層，厚度為3.5～8.3m，平均厚6.4m，煤層傾角30～35°，直接頂為2.5～9m粉細砂巖，基本頂總厚度為78m，直接底為4.4m厚的中砂巖。1203工作面上下順槽標高分別為-750m、-840m。較高的原巖應力將給工作面機道及上下順槽管理帶來困難。

工作面采用走向長壁綜采放頂煤采煤法開采，割煤高度2.4m，放煤高度4.0m，采放比為l:1.67。采煤機采用端頭斜切進刀方式，下行割煤，上行裝煤，截深0.6m。液壓支架及時移架護頂，由下往上隨機順序帶壓擦頂移架，臨架操作。放煤步距為1.2m，從下往上分段雙輪順序放煤，分段距離30m。

回采工藝流程：上端頭斜切進刀→下行割煤→移架→放頂煤→拉后部輸送機→上行清浮煤→自下而上推前部輸送機→推前部輸送機尾→上端頭斜切進刀。

2 采煤面臨的難題

（1）1203工作面煤層傾角達30～35°，這對開采設備和支架穩定性都有相應的影響，傾角越大重力分力也就越大，同時導致開采設備的下滑力也越大。因此，該工作面開采設備包括運輸機、液壓支架都有很強的下滑趨勢，同時也降低了液壓支架的穩定性，容易發生倒架、咬架現象。針對該工作面必須解決大傾角所產生的支架穩定性問題。

（2）沖擊地壓對1203工作面的影響分析。沖擊地壓對工作面支護體的破壞一般由沖擊載荷引起。現場情況表明該礦4#煤層相應工作面沖擊地壓發生后產生兩個方向的沖擊載荷：第一，沖擊載荷沿煤層頂、底板的垂直方向前進從而破壞液壓支架，造成支架的損壞；第二，沖擊載荷沿煤層走向的水平方向前進，促使煤體向采空區突出，同時損壞液壓支架結構件的連接效果。

（3）通過4#煤層以往工作面分析，工作面都有頂板水，甚至還有富水區，因此必須考慮到頂板水給1203工作面開采帶來的問題。1203工作面為綜采放頂煤一次采全高，分析發現上覆巖層裂隙高度會有明顯增加，導水高度的增加會導致涌水量的增加，因此頂板水將在控頂區內通過頂煤進入工作面，導致掉頂、片幫現象的發生。同時頂板水的滴落會造成液壓支架底座不穩，增大開采設備的下滑趨勢，增加開采設備的維修困難，增加下順槽轉載機的前移困難。

3 安全開采綜合技術的實踐

3.1 設備的防倒防滑

針對1203工作面傾角30～35°，容易發生倒架和設備下滑的情況，在割煤過程中，特制定如下安全技術措施。

（1）從機頭往機尾方向拉架時，首先把機頭支架拉出并升起、升緊，達到240bar以上，邊拉架邊調架，即拉出升架時，先應升出側護板使本架向機尾方向傾斜，再升緊支架，依次類推。

（2）從機尾往機頭方向拉架時，先把第四臺支架拉出升緊，達到240bar以上，然后拉出第三臺支架，升起但不能接頂，升出側護板使本架向機尾方向傾斜，依次類推進行操作。

（3）利用單體扶倒架時，作業人員應防止單體滑落傷人，給液時采取遠方控制，應緩慢升柱，小心單體飛出。

（4）機頭端頭支架必須用防倒油缸相連，防倒裝置必須設置齊全，完好無損。當端頭支架向機頭方向倒架時，先升緊第二臺支架，稍降第一臺支架，用防倒油缸扶正第一臺支架。

（5）將偽傾角控制在在5～8°的范圍之內，可以分解支架的下滑力，起到緩解下滑趨勢的作用。

3.2 頂板水治理

該工作面采動所產生的導水裂隙帶均達到頂板含水層，頂板水在采動的影響下頻繁涌出，嚴重影響到該工作面的安全生產。經過認真的分析和調查研究，該工作面制定了以“疏”為主的治理方案，采取在頂板富水區施工頂板疏水巷，并輔助打頂板鉆孔疏放頂板水的方式。為了確定頂板疏水巷的位置，進一步查明頂板水重點富水區是技術的關鍵點。

2015年9月26日，在1203上副巷進行了電法物探，初步探出窩頭前方煤層頂板內有4個含水裂隙帶，分別位于窩頭前方11.5～15.5m、19.5～23.5m、31.5～33.5m、42.5～45.5m 處。決定施工兩條頂板疏水巷。1號頂板疏水巷，其工程量為60m，巖巷段斷面為2.25×2.50m，采用錨噴網支護，局部破碎地段加鋼帶，噴層厚度100mm。煤層及其過渡段采用工字鋼對棚支護，棚距0.6m。為了防止底鼓及出水時沖毀巷道，巷底采用底角錨桿加反底拱進行處理，并噴混凝土100mm，棚腳噴混凝土0.5m高。該巷于9月26日掘進到煤層頂板時，出水量達50m3/h。

后期施工了2號頂板疏水巷，其工程量為170m。該巷開口于1222下副巷沿頂處，巷頂先用金屬網、錨桿支護，然后再用工字鋼支護，巷底仍然采用底角錨桿加反底拱進行處理，并噴混凝土l00mm，棚腳噴混凝土0.5m高。掘進時，跟頭鋪設鐵皮水槽，凡是出水段及時用花鋼管將水集中導出。掘進到位時，出水量達到50m3/h，施工疏水鉆孔后，總涌水量達到100m3/h。

1203工作面采煤后，頂板涌水量達到30m3/h。由于該面為傾斜開采，煤層較薄，頂板水沿煤壁流出，造成片幫冒頂，嚴重影響生產。為了改變這種困難局面，在皮帶巷每隔80m施工一個鉆場，呈扇形打5個疏水鉆孔，孔深100～130m，打鉆后，提前疏放出一部分頂板水。同時加強工程質量管理，單體柱下站道木，煤壁及時用荊笆護好，工作面上下副巷鋪設好水槽排水，從而確保了該工作面的正常生產。

3.3 沖擊地壓防治

（1）開采解放層。開采解放層是解決沖擊礦壓的根本，針對1203工作面設計了相應的開采解放層方案。該礦6#煤層位于4#號煤層40m之下，煤層厚度平均1.05m，為弱沖擊煤層。因此在6#煤層布置1609、1610兩個工作面為解放層，先期進行開采。1203工作面切眼和停采線均位于1609、1610切眼以里20m，保證1203工作面的保護范圍。

（2）采煤工藝緩解煤體應力集中程度。采煤工藝的設計使得推釆期間頂煤提前發生破壞，破壞后的煤體處于支架上方，可以起到塑性墊層的作用，能有效地緩沖頂板，降低沖擊地壓的破壞程度。開采實踐也證明了這一點。

（3）煤層注水。分析1203工作面煤層情況，其透水性較好，因此可以采用煤層注水的措施來對沖擊地壓進行防治。具體方案：開采前在上下順槽對工作面煤體進行了超前注水：開采前在上順槽進行注水，注水孔布置在下幫，孔距10m，孔深40m；開采前在下順槽進行注水，注水孔布置在上幫，孔距20m，孔深80m。采用天津市天工工程機械公司生產3D2-SZ高壓注塞泵高壓注水，注水壓力6～10MPa。增加含水量在4%左右，使煤體均勻濕潤。

（4）綜合監測預報措施。監測預警當前沖擊地壓防治中比較薄弱的環節，針對在監測預警效果不佳時，該工作面就采取了沖擊地壓綜合監測預報措施。在1203工作面上下順槽利用電磁輻射監測、應力在線監測、微震監測、頂板動態觀測等監測辦法來對沖擊地壓的情況進行實時的監測預報，從而可以全方位地了解和掌握沖擊危險。當監測數據表明煤體應力上升明顯時就需要及時地采取相應的卸壓措施。

4 效果

宜興煤礦1203綜放工作面開采條件復雜，受大傾角、頂板水、沖擊地壓等影響較大，在綜合分析相應問題后，有針對性地采用了安全開采綜合技術，保證了井下的安全開采。實踐應用效果表明，安全開采綜合技術有力地保障了宜興煤礦1203工作面的開采，當前共安全采出煤炭1432萬t。該開采技術可以為同類型煤礦的安全開采提供借鑒。