岱莊生建煤礦31321孤島工作面安全開采技術(shù)

李建軍 王 堯 佟文亮

（1.山東省岱莊生建煤礦，山東 濟(jì)寧 277600；2.山東科技大學(xué)礦業(yè)與安全工程學(xué)院，山東 青島 266590）

老礦井的煤炭資源日趨緊張，為了保證采掘工作正常接續(xù)，提高煤炭資源回收率，許多老礦井開始探討遺留的孤島工作面安全開采問題。孤島工作面頂板礦壓顯現(xiàn)強(qiáng)烈，尤其是經(jīng)過舊巷時易發(fā)生礦壓沖擊[1-3]。因此，對孤島面安全開采進(jìn)行研究是很有必要的。

1 工程概況

岱莊生建煤礦位于滕南煤田中部。31321工作面為孤島工作面，開采山西組3上煤層，回采區(qū)域內(nèi)煤厚3.4～3.8m，平均3.6m。該面整體處于一單斜構(gòu)造內(nèi)，煤層走向長243m，傾向長333m，煤層傾角6～11°。工作面?zhèn)雾斣?～1.0m之間，巖性為砂質(zhì)泥巖，易垮落；直接頂為粉砂巖，局部由細(xì)粒砂巖、砂質(zhì)泥巖組成；基本頂為灰白色中、細(xì)粒砂巖。直接底為泥質(zhì)粉砂巖，泥巖硬度小，遇水易變軟，局部直接底為粉砂巖；基本底灰白色中、細(xì)粒砂巖。

2 孤島面巷道支護(hù)與采煤工藝

2.1 回采巷道支護(hù)設(shè)計(jì)

工作面運(yùn)輸巷、材料道均為矩形斷面，巷道凈寬4.0m，凈高3.2m，采用錨網(wǎng)索支護(hù)；切眼為矩形斷面，巷道凈寬8.0m，凈高3.8m，采用錨網(wǎng)索支護(hù)；中間巷為矩形斷面，巷道凈寬4.0m，凈高3.8m，采用錨網(wǎng)索支護(hù)。

2.2 采煤工藝

采用綜合機(jī)械化采煤工藝，一次采全高，全部垮落法處理采空區(qū)頂板。采煤機(jī)開采高度2.6～4.5m，支架有效支護(hù)高度2.2～4.5m，采煤機(jī)運(yùn)行所允許的最小高度為2.6m。因此，確定采高為2.6～3.7m。采煤機(jī)滾筒截深為0.8m，移架步距0.8m。

3 孤島面安全開采技術(shù)對策

3.1 礦壓觀測

為保證孤島工作面安全生產(chǎn)，必須對其進(jìn)行礦壓觀測。

（1）工作面礦壓觀測。沿工作面采煤機(jī)移動方向每隔5架作為一觀測剖面，每天（班）統(tǒng)計(jì)一次端面頂板破碎及煤壁片幫情況。

沿工作面布置5個測區(qū)，每個測區(qū)布置兩條側(cè)線，每條測線安裝兩臺壓力記錄儀，全工作面共設(shè)置10臺壓力記錄儀，用于監(jiān)測支架受力的變化情況，分析頂板來壓規(guī)律。

（2）巷道礦壓觀測。在巷道超前支護(hù)范圍內(nèi)，用測力計(jì)檢測兩順槽超前支護(hù)單體支柱受力變化情況，并對兩巷頂板離層、表面位移進(jìn)行觀測。由礦壓觀測員負(fù)責(zé)每天采集1次數(shù)據(jù)，當(dāng)天錄入計(jì)算機(jī)，并報(bào)生技科。初撐力不足時，應(yīng)通知當(dāng)班作業(yè)人員及時二次注液。

3.2 頂板及順槽支護(hù)設(shè)計(jì)

根據(jù)礦壓觀測資料，該面老頂初次來壓步距約30m，周期來壓步距約為11m，工作面兩順槽超前支承壓力影響范圍約為15m左右。

3.2.1 孤島面頂板支護(hù)與管理

工作面頂板采用液壓支架支護(hù)，采空區(qū)頂板采用全部垮落法管理。

正常回采期間，對頂板采用及時支護(hù)方式。在采煤機(jī)割煤后，先移支架，再移運(yùn)輸機(jī)，即割煤—移架—移運(yùn)輸機(jī)。工作面頂板條件差時，采用帶壓擦頂移架的方式移架。正常移架要滯后采煤機(jī)后滾筒4～6架，不得超過6架。頂板破碎或片幫嚴(yán)重時要緊跟前滾筒移架或人工操作超前移架，即割出1架支架的空間后，降滾筒停煤機(jī)，承壓移架，然后重復(fù)操作，直至過完破碎頂板或片幫嚴(yán)重區(qū)域進(jìn)入正常割煤移架部分。

3.2.2 兩順槽超前支護(hù)

根據(jù)預(yù)計(jì)的工作面順槽超前壓力影響范圍，初步確定對兩順槽進(jìn)行不小于20m的超前加強(qiáng)支護(hù)。采用DW40單體液壓支柱配合HDJB-1200鉸接頂梁支護(hù)，實(shí)際支護(hù)范圍必須根據(jù)順槽礦壓顯現(xiàn)情況及時進(jìn)行調(diào)整，如兩巷內(nèi)超前壓力較大時，應(yīng)增加超前支護(hù)的長度。局部巷道超高段、頂板破碎處要用方木接實(shí)頂板，并在鉸接頂梁上架設(shè)“#”字型木垛接頂。超前支護(hù)兩端的鉸接頂梁必須打兩棵單體支柱。（1）軌道順槽：支設(shè)二排HDJB-1200的鉸接頂梁配合DW40單體液壓支柱支護(hù)頂板，步距1.2m，排距2.4m。壓力顯現(xiàn)明顯的地段應(yīng)在巷道中部加打一排柱梁以加強(qiáng)支護(hù)。（2）運(yùn)輸順槽：支設(shè)二排HDJB-1200的鉸接頂梁配合DW40單體液壓支柱加強(qiáng)支護(hù)，步距1.2m，排距2.4m。壓力顯現(xiàn)明顯的地段應(yīng)在巷道緊靠刮板輸送機(jī)外沿加打一排柱梁以加強(qiáng)支護(hù)。（3）中間巷：使用超前支架支護(hù)頂板，支護(hù)距離不小于20m。

3.3 孤島面過老巷技術(shù)措施

孤島工作面開采區(qū)域內(nèi)空巷較多，生產(chǎn)推進(jìn)過程中通過廢棄巷道是不可避免的技術(shù)難題。工作面過空巷主要存在以下幾個方面的問題：

（1）煤層中空巷由于受工作面超前壓力影響，在空巷圍巖內(nèi)會產(chǎn)生一定的變形破壞區(qū)域和煤巖破碎區(qū)域；工作面過空巷時支架受力大，支護(hù)困難，空巷容易發(fā)生冒頂、片幫，變形量大等現(xiàn)象。

（2）空巷由于廢棄時間過長和缺乏日常管理，空巷中積水、瓦斯等對安全開采有一定影響。

（3）空巷被揭露后，會造成局部的通風(fēng)系統(tǒng)紊亂，影響工作面供風(fēng)系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

為減少工作面過空巷時的難度，保證安全順利通過空巷，針對與工作面小角度斜交和平行的空巷，提出以下兩種過空巷方案：

（1）與工作面小角度斜交的空巷采取工作面調(diào)斜方案。將工作面調(diào)成一條斜線，擴(kuò)大工作面與空巷中心線夾角。工作面推進(jìn)時，通過插刀調(diào)斜法使得煤壁與空巷成一定角度，即使溜子道端頭的推進(jìn)度超前材料道端頭15～20m。從而使得工作面逐步與空巷貫通，采煤機(jī)逐步割完工作面與空巷形成的“三角形煤體”，這樣便于工作面的頂板管理。在工作面與空巷的相交處，以及兩者間距離小于10m時，應(yīng)該使用木垛、貼幫柱等加強(qiáng)工作面的支護(hù)。

（2）與工作面平行的空巷采取等壓過空巷方案。過空巷期間，頂板能隨著工作面推進(jìn)而自然垮落。采煤工作面煤壁前方形成的支承壓力隨著工作面的推進(jìn)而不斷向前移動，支承壓力峰值可深入工作面前方煤體內(nèi)2～10m，即工作面推進(jìn)距空巷此范圍內(nèi)片幫最為嚴(yán)重，距空巷此部分距離時，回采應(yīng)特別注意安全。根據(jù)綜采工作面頂板壓力動態(tài)觀測，推斷工作面周期來壓步距，及時調(diào)整推進(jìn)速度。如果割到距空巷4m時，不來壓，必須停止開采，等周期來壓過后方可正常推進(jìn)。

3.4 孤島面過斷層措施

孤島工作面整體為單斜構(gòu)造，傾角6～11°，局部略有起伏，區(qū)內(nèi)褶曲構(gòu)造發(fā)育，對開采程度影響較大的斷層有6條，分別為F3、F5、F6、F7、F8、F9斷層。工作面內(nèi)不排除隱伏其他小斷層的可能性。為減少過斷層的難度，保證安全順利通過斷層，提出如下安全措施：

（1）由于31321工作面頂板以砂巖為主，底板為松軟的泥巖，工作面通過斷層時，盡量不使用放炮方式過斷層。對于能夠用采煤機(jī)截割的位置，采用煤機(jī)直接破矸方式通過斷層。

（2）為減少放炮工作量，應(yīng)依據(jù)斷層的賦存特征，從斷層面向機(jī)頭（機(jī)尾）方向進(jìn)行大角度提刀，保證在10°左右，以減少割巖石部分長度。割巖石部分采高控制在能夠過機(jī)即可。過斷層期間，要加強(qiáng)支護(hù)，支架一定要達(dá)到初撐力，防止冒頂。在推進(jìn)過程中當(dāng)頂板破碎時，必須采取上網(wǎng)措施。

（3）若過斷層期間頂?shù)装鍘r性堅(jiān)硬，對煤機(jī)損壞較大時，必須采取放炮措施通過。

4 結(jié)束語

通過分析31321孤島工作面煤層地質(zhì)條件，設(shè)計(jì)了巷道斷面與支護(hù)方式，合理確定了工作面頂板支護(hù)及順槽內(nèi)超前支護(hù)方法。探索了工作面過舊巷、斷層的具體方案，并提出了相應(yīng)的安全技術(shù)措施，對保證孤島工作面的安全開采具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。