岳城煤礦復雜地質條件下工作面設計優化

宋乃彬

(晉城煤業集團 鳳凰山煤礦，山西 晉城 048007)

岳城煤礦位于寺河礦井田東區和北區的交界處，井田面積13.806 km2，礦井生產能力為150萬t/a，批準開采3～15號煤層，現開采3號煤層，3號煤層平均厚度6.11 m，煤種為優質無煙煤，礦井最大涌水量49 m3/h，平均36.9 m3/h，地質水文類型中等，屬高瓦斯礦井，煤塵無爆炸性，自燃發火性為三類不易自燃。采煤方法為走向長壁綜合機械化分層開采，頂板管理方法為全部垮落法。全井田劃分為三個盤區，東翼為一盤區，正在回采，中部為三盤區，為原南河灘煤礦整合資源，以回收煤柱為主，西翼為二盤區，正在開拓。本文針對三盤區不規則區域煤炭資源回收進行研究，Ⅲ3308(上)工作面回采結束后，剩余Ⅲ3308(下)工作面和Ⅲ3306(下)工作面兩個小工作面，由于地質條件復雜，巷道破壞嚴重，為提高資源回收率、保證開采安全，現對采掘布局進行優化，以實現不規則區域煤炭資源科學合理高效回收。

1 生產地質條件

1.1 工作面地質條件

Ⅲ3308(下)工作面開采二疊系下統山西組3號煤，煤層總厚度6.02～6.87 m，平均6.30 m；煤層結構簡單，下部含0.2 m厚夾矸，煤層傾角1～5°，平均3°。煤層頂底板特征如表1。

煤種為優質無煙煤，灰分14.79%，硫分0.32%，發熱量29.87 MJ/kg，煤層普氏系數f=3.5～4，容重1.45 t/m3，受上分層回采影響，裂隙發育，瓦斯含量低。頂板為上分層回采過程中敷設的金屬網假頂，預計膠結程度差，底板比壓為2.28 MPa。

表1 煤層頂底板特征

1.2 周邊開采情況

Ⅲ3308(下)工作面及周邊回采情況如圖1所示：Ⅲ1308、Ⅲ3308、Ⅲ3306工作面上層全部回采完畢，Ⅲ3305、Ⅲ3307工作面上、下層均已回采完畢，其中，Ⅲ3305、Ⅲ3306、Ⅲ3307工作面為原小煤窯回采。

圖1 Ⅲ3308(下)工作面位置關系及回采情況

1.3 采掘規劃

按照原規劃，Ⅲ1308(下)工作面外錯布置，Ⅲ3308(下)、Ⅲ3306(下)工作面內錯布置。如圖2所示。

圖2 原采掘規劃

1.4 存在問題

1) 資源浪費較多，Ⅲ1308(下)工作面與Ⅲ3308(下)、Ⅲ3306(下)工作面之間煤柱寬度68～130 m、長800 m，兩個小面間的煤柱寬100 m、長140 m；

2) 三條南翼大巷為原整合礦井施工的巷道，巷道變形嚴重，維護工作量大，設備運輸困難；

3) 礦井風量緊張，需盡快回收各個小面，優化礦井通風系統。

2 設計優化研究

2.1 設計優化思路

1) 將原Ⅲ3308(下)與原Ⅲ3306(下)工作面進行合并，作為一個工作面進行回采；

2) 將工作面巷道內錯布置改為外錯布置；

3) 將南翼膠帶巷作為新工作面一條巷道，充分利用已有巷道，減少掘進工程量，同時，封閉無用巷道，簡化通風、運輸等各系統。

2.2 優化后工作面布置

平行Ⅲ1308(上)綜采工作面進行布置，工作面布置方向為東西方向，巷道沿南北方向，與東翼輔助運輸巷成90°夾角，工作面回采方向為由南向北回采。

工作面設計走向長度896 m，根據巷道布置分為三個階段，一階段傾斜長度(切眼一)133.5 m，可采長度168 m；二階段傾斜長度203 m，可采長度345 m；三階段傾斜長度從203 m逐漸增加到218 m，可采長度383 m。

兩條順層巷道，分別為Ⅲ3215巷、Ⅲ3216巷，均沿3號煤層底板布置。Ⅲ3215巷位于Ⅲ13081巷東側(位于Ⅲ1308(上)工作面采空區下)，距離9 m(中—中)，擔負進風兼運煤任務；Ⅲ3216巷分為3段，第一段為利用原有巷道(南翼膠帶巷)、第二段位于Ⅲ33083進風聯絡巷口東側(Ⅲ3308(上)工作面采空區下)，距離12.6 m(中—中)、第三段位于Ⅲ33083巷東側距離9 m(中—中)；擔負回風兼運料任務；切眼一位于上層工作面切眼一向南10 m(中—中)；切眼二位于上層切眼二向北30 m(中—中)。

工作面設計如圖3所示。

圖3 優化后Ⅲ3308(下)工作面布置

2.3 存在問題及解決措施

1) 存在大量上分層空巷?？拷ぷ髅鏅C頭側有3條垂直于工作面的空巷及23個聯絡橫川，工作面從初采到回采結束要通過Ⅲ33081巷與Ⅲ13082巷的聯絡橫川(7個)，通過Ⅲ13082巷、Ⅲ13081與Ⅲ13082的聯絡橫川(18個)。

工作面在通過空巷及其聯絡橫川時，經常出現頂板漏矸，尤其是當工作面同時通過上分層的兩個聯絡橫川時，現場頂板破碎嚴重，工作面維護工作量大，將直接影響產量和煤質指標。

采取的措施為：① 在現場作業過程中，每一次過上分層橫川前，要提前調整機頭、機尾的進度差(至少相差8 m)，然后采取降采高、集中連續推進機頭快速通過的方法，保證安全快速通過；② 通過上分層橫川時，上分層的瓦斯會通過空巷、橫川處頂板擴散到下分層工作面，造成上隅角、回風口探頭瓦斯增高，每次在通過橫川時，嚴格控制機組割煤速度，割煤與移架依次進行，不得同時作業；③ 針對工作面片幫、頂板破損現象，堅持上平行板梁、拉超前架維護頂板的措施，綜采隊由經驗豐富的老隊長進行跟班，嚴格執行過空巷安全技術措施。

2) 平行于工作面的本層空巷。Ⅲ3308(下)工作面在回采過程中，需要通過南翼進風巷、南翼回風巷、南翼軌道巷以及聯絡橫川等空巷。由于南翼進風巷、南翼回風巷、聯絡橫川為原小煤窯遺留巷道，對于目前Ⅲ3308(下)工作面回采已經不再使用。南翼軌道巷目前還在使用，作為工作面安裝二切眼時設備進出的巷道及正?；夭傻倪M料通道。當工作面距以上空巷100 m左右時，南翼軌道巷不再使用。

南翼進風巷、南翼回風巷、南翼聯絡巷為原小煤窯遺留采區巷道，巷道斷面尺寸受礦壓影響底鼓和片幫嚴重，局部頂板較破碎，巷道斷面尺寸約為：3 m×2.5 m，巷道僅采用木棚支護，棚距大小不一，300～400 mm。部分木棚木梁斷裂、木棚腿折斷。為了保證巷道通風，在巷道中部補打一部分錨索以加強支護。巷道底板局部底鼓嚴重，底鼓量大部分在500 mm左右。

南翼軌道巷為錨網支護巷道，沿3號煤層底板布置，巷道斷面4 m×3 m，巷道局部兩幫鼓出嚴重。

Ⅲ3308(下)工作面在回采過程中必須通過南翼進風巷、南翼回風巷、南翼軌道巷以及聯絡橫川，而且這些空巷有的平行于工作面推進方向、有的垂直于工作面推進方向，情況非常復雜?？障锴闆r統計如表2所示。

表2 Ⅲ3308(下)綜采工作面空巷統計

采取的措施為：根據工作面空巷條件，提出搭設木垛進行支護、錨桿錨索聯合支護、超高水材料充填三個通過空巷方案，通過數值模擬進行對比分析，最終選定采用超高水材料充填過空巷方式過Ⅲ3308(下)工作面空巷。

3) 工作面回采后期，3216巷(利用的原南翼膠帶巷)與工作面不垂直，工作面長度逐步加長，由203 m逐步增加到218 m。

采取措施為：每推進35 m，在機尾增加一個支架和一節溜槽。

3 實施效果

3.1 工作面回采情況

1) 通過采取以上針對性措施，Ⅲ3308(下)工作面2018年7月安全順利回采完畢，共計歷時255 d。

2) 對于機頭側上層空巷，采用上平行板梁、拉超前、磨三角等措施進行管理，回采過程中未發生事故。

3) 2017年12月至2018年2月，南翼進風巷、南翼回風巷及聯絡橫川累計充填5 546 m3，充填材料用量693 t。2018年5月份工作面回采安全通過中部空巷充填區域，對Ⅲ3308(下)工作面液壓支架壓力進行監測，如圖4所示。

圖4 距離空巷不同距離工作面支架壓力

由圖4可知，工作面支架最大工作阻力達到21 MPa，為工作面距離空巷2 m左右，其它時間支架工作阻力在20.1～20.5 MPa，變化幅度非常小。

在通過空巷的過程中，工作面沒有出現片幫現象，也未出現漏頂現象，表現出充填體的良好承載能力。

3.2 效益分析

1) 設計優化后，多回收煤炭資源37.22萬t，按當時噸煤均價511元計算，可增加營業額1.9億元。

2) 避免了原小窯巷道礦壓顯現、巷修工程量大的難題，減少巷修維護成本，提高了頂板管理的安全系數。

3) 兩個工作面合并成一個進行回采，減少1次工作面設備的安裝及回收。

4 結 語

本文針對岳城煤礦整合原南河灘不規則塊段的煤炭回收問題，創新設計思路，科學優化實施，成功解決了工作面重復安裝回收問題，減少掘進工程量，增加回采煤量37.22萬t，創造效益1.9億元。對邊角煤柱回收具有借鑒意義。