趙樓煤礦大仰角綜放工作面開(kāi)采技術(shù)創(chuàng)新與實(shí)踐

劉 磊 孫建華 崔小超

（兗煤菏澤能化有限公司趙樓煤礦，山東 鄆城 274705）

1 工作面情況介紹

1.1 工作面基本參數(shù)

趙樓煤礦位于巨野煤田中部，地質(zhì)條件較為復(fù)雜，其1308綜放工作面初采前60 m為大角度仰斜開(kāi)采，煤層傾角達(dá)到15.7°。1308綜放工作面是趙樓煤礦一采區(qū)第八個(gè)區(qū)段的3煤工作面，也是一采區(qū)第六個(gè)回采的工作面，面長(zhǎng)151.4 m，推進(jìn)長(zhǎng)度343.1 m，可采儲(chǔ)量40.8萬(wàn)t。主采煤層為山西組3煤，煤層厚度5.2～8.1 m，平均6.8 m；煤層底板標(biāo)高-989～-942 m，平均-965.5 m；煤層傾角1°～15°，平均8°，工作面初采前60 m煤層傾角較大，其中運(yùn)輸順槽側(cè)最大達(dá)到15.7°。

1.2 初采期間地質(zhì)條件

1.2.1 切眼內(nèi)地質(zhì)條件

切眼內(nèi)1#～53#架揭露0～1.75 m的底板粉砂巖，硬度系數(shù)f=5～6；88#～90#架揭露FX16斷層；88#～102#架揭露1.5～2.4 m底板粉砂巖，硬度系數(shù)f=5～6。

切眼機(jī)頭標(biāo)高為-988.67 m，機(jī)尾端頭標(biāo)高為-975.19 m，高差13.48 m。切眼傾角平均角度-5.2°，其中，1#～50#為+2°～ -9°，平均2.8°；50#～90#平均-5°～ -12°，平均9.4°；90#～102#為-1°。

1.2.2 FX16正斷層情況

FX16斷層從切眼內(nèi)88#～84#支架開(kāi)始揭露，落差7.0 m，向軌道順槽側(cè)延展約83 m，傾向影響約20 m，軌道順槽側(cè)落差5.0 m。FX16斷層傾向141°，傾角為70°，斷層情況見(jiàn)表1。

表1 工作面揭露斷層情況一覽表

1.2.3 兩順槽走向情況

1308運(yùn)輸順槽側(cè)，自切眼向外，巷道基本沿煤層底板（前15 m割底板砂巖0～1.7 m），頂部留有2.5～2.8 m頂煤。其中前30 m底板坡度15.7°，30～49 m坡度14°，50 m向外幾乎全部在10°以內(nèi)。

1308軌道順槽側(cè)，自切眼向外80 m范圍內(nèi)，巷道揭露斷層下盤，割底板砂巖1.7～4.3 m，頂部留有4.4～6.0 m頂煤。其中前20 m底板坡度0°～1°，30～60 m坡度約為12°。

2 工作面設(shè)計(jì)與掘進(jìn)施工

2.1 1308切眼布置方案選擇

根據(jù)1308工作面的實(shí)際地質(zhì)情況，對(duì)1#切眼位置共提出以下2個(gè)方案。

方案1：運(yùn)順切眼端頭與1307泄水巷間留設(shè)20 m寬凈巖柱。該方案工作面推進(jìn)長(zhǎng)度343.1 m，優(yōu)點(diǎn)是能多回收約9.5萬(wàn)t的煤炭資源，缺點(diǎn)是工作面初采0～80 m范圍軌順端頭需要過(guò)FX16正斷層，運(yùn)順端頭坡度較大（約15°）。

方案2：切眼布置在FX16正斷層以東。該方案工作面推進(jìn)長(zhǎng)度為263.1 m，優(yōu)點(diǎn)是工作面運(yùn)順坡度小，工作面不再過(guò)FX16正斷層，缺點(diǎn)是推進(jìn)長(zhǎng)度減少80 m，少回收約9.5萬(wàn)t的煤炭資源。

綜合考慮到趙樓煤礦實(shí)際情況，本著最大限度回收煤炭資源的原則，最終采用了方案1。

2.2 1308工作面兩順槽施工情況

1308運(yùn)順→1307泄水巷→1308軌順→1308切眼導(dǎo)硐→1308切眼擴(kuò)刷。

2.2.1 1308運(yùn)輸順槽布置情況說(shuō)明

1308運(yùn)順全長(zhǎng)1086 m，除了作為工作面的運(yùn)輸順槽外，同時(shí)作為1307工作面及一采區(qū)排水通道，而且還兼顧探測(cè)斷層FX20和煤層賦存情況。在揭露正斷層FX20前約100 m時(shí)煤層傾角由5.85°急劇增加至14.25°。考慮到后期采煤此段巷道（FX20正斷層以東約100 m巷道）實(shí)際按13°掘進(jìn)施工（15 m巷道留底煤0.3 m，37 m巷道留底煤0.8 m，42 m巷道留底煤1.5 m）。

2.2.2 1308軌道順槽布置情況說(shuō)明

1308軌道順槽為沿空順槽，全長(zhǎng)983 m，隔離煤柱為4.0 m，巷道沿煤層底板掘進(jìn)，最大巷道坡度為12°（切眼東30～56 m范圍），施工至距離1#切眼約80 m時(shí)揭露FX16正斷層，落差5.0 m。

2.3 切眼施工情況

2.3.1 切眼導(dǎo)硐施工情況說(shuō)明

1308切眼導(dǎo)硐全長(zhǎng)151.4 m，巷道寬度為4.6m，自軌順8A44導(dǎo)線點(diǎn)按152°方位角施工與1308運(yùn)順貫通。設(shè)計(jì)刷寬后的切眼中與運(yùn)順貫通點(diǎn)處的底板標(biāo)高為-987.4 m，實(shí)際底板標(biāo)高為-988.7 m，比設(shè)計(jì)底板標(biāo)高低了1.3 m，造成運(yùn)順在切眼端頭處出現(xiàn)1.5 m左右的臺(tái)階。

2.3.2 切眼刷寬施工情況說(shuō)明

1308切眼導(dǎo)硐施工完成后，運(yùn)順側(cè)自切眼向東0～30 m范圍內(nèi)巷道坡度為15.7°，30～48 m范圍內(nèi)巷道坡度14°，48～137 m間的巷道坡度基本控制在10°以內(nèi)（除局部有10 m巷道坡度為11°）。1308運(yùn)輸順槽臥底順平后實(shí)測(cè)地質(zhì)剖面圖如圖1。

圖1 1308運(yùn)輸順槽臥底順平后實(shí)測(cè)地質(zhì)剖面圖

3 大仰角開(kāi)采準(zhǔn)備工作

3.1 加強(qiáng)切眼頂板管理

首先，煤壁剪網(wǎng)退錨，與頂網(wǎng)搭接重新敷設(shè)的金屬網(wǎng)形成全面上網(wǎng)。頂板完好區(qū)域支架必須達(dá)到初撐力（24 MPa），頂板破碎無(wú)法達(dá)到初撐力支架應(yīng)與相鄰支架襯平。其次，對(duì)運(yùn)順端頭三角區(qū)域和機(jī)尾FX6斷層面松散煤體處預(yù)注固邦特。最后，針對(duì)切眼內(nèi)10#～55#架煤壁片幫嚴(yán)重，采取水平斜上煤壁75°補(bǔ)打走向錨索鋼帶，防止片幫嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)冒頂情況。工作面面前補(bǔ)打錨索示意圖如圖2。

圖2 工作面面前補(bǔ)打錨索示意圖

3.2 兩巷超前加強(qiáng)支護(hù)

工作面回采前，兩巷采取工字鋼配合單體液壓支柱支護(hù)，棚距0.8±0.1 m，軌順一梁六柱，支設(shè)120 m，運(yùn)順一梁三柱，支設(shè)60 m。巷道超高處提前打吊裝錨索鋼帶，采用木料接頂，接頂后巷道高度不大于3.5 m，并用錨索鋼帶將支護(hù)工字鋼固定在頂板上，并采用抗棚器連接。兩巷超前支護(hù)示意圖如圖3。

圖3 兩巷超前支護(hù)示意圖

另外，兩順槽前80 m采幫側(cè)補(bǔ)打一排錨索鋼帶，錨索距巷道底板3.2～3.5 m之間，方向?yàn)樗叫鄙厦罕?0°，對(duì)兩端頭三角區(qū)頂板加強(qiáng)支護(hù)。

3.3 人工將溜槽支架仰角

機(jī)頭段1#～60#架煤層傾角較大，切眼破底0～1.75 m。為保證初采時(shí)按照16°進(jìn)行飄刀找底推進(jìn)，提前在切眼內(nèi)將前部運(yùn)輸機(jī)下鋪墊道木并灌注混凝土，使溜槽人工形成13°～15°仰角。通過(guò)挑頂、處理頂錨桿方式對(duì)切眼頂板進(jìn)行處理，將支架前梁達(dá)到13°仰角，并模擬計(jì)算出前部運(yùn)輸機(jī)與液壓支架飄刀度數(shù)相差在8°范圍內(nèi)，保證煤機(jī)安全挑頂截割。

3.4 防片幫措施

由于初采期間工作面傾角較大，設(shè)計(jì)加工擋矸護(hù)網(wǎng)，并在生產(chǎn)前安裝完畢。通過(guò)貫徹學(xué)習(xí)，要求職工在前后立柱間作業(yè)、行走，嚴(yán)禁進(jìn)入架前。人員在架前和面前作業(yè)必須執(zhí)行危險(xiǎn)區(qū)域作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與管控流程確認(rèn)制度并采取牢靠安全防護(hù)措施。

3.5 優(yōu)化排水系統(tǒng)

回采前，提前回撤泄水巷內(nèi)備用開(kāi)關(guān)、水泵，預(yù)留排水管路，改變排水供電，并在轉(zhuǎn)載機(jī)尾安設(shè)水泵，開(kāi)關(guān)挪移至轉(zhuǎn)載機(jī)身，優(yōu)化排水系統(tǒng)，并提前計(jì)劃端頭排水木垛。

3.6 細(xì)化防沖措施

回采前通過(guò)爆破CT透視技術(shù)，分析工作面靜載狀態(tài)應(yīng)力分布。兩順槽各按照應(yīng)力在線系統(tǒng)應(yīng)力計(jì)10組，應(yīng)力計(jì)布置間距25 m一組；安設(shè)微震監(jiān)測(cè)基站4處，兩順槽各安設(shè)2組，滿足“強(qiáng)監(jiān)測(cè)”要求；兩順槽采幫及運(yùn)順?lè)遣蓭桶?.8 m間距施工大直徑卸壓鉆孔，并嚴(yán)格落實(shí)物料生根、錨桿錨索防崩等防沖措施。

3.7 生產(chǎn)工藝優(yōu)化

為保證調(diào)試和初采60 m內(nèi)挑頂提刀和正常推進(jìn)，工作面采高為2.8±0.1 m，同時(shí)循環(huán)步距降低至0.6 m。每天平均按照2～3刀組織開(kāi)采。

4 現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程控制

針對(duì)工作面大傾角開(kāi)采與正常回采工藝的不同，趙樓煤礦將生產(chǎn)中吊網(wǎng)、收護(hù)幫板、煤機(jī)截割、定線拉架、放煤拉后溜、面前頂板支護(hù)等操作細(xì)化。

其中，每班逐架測(cè)量運(yùn)輸機(jī)、支架度數(shù)及采高，每天繪制一張素描圖，工作面推進(jìn)30 m時(shí)，工作面推進(jìn)角度與煤層角度吻合，隨后沿底板推進(jìn)。統(tǒng)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)飄刀度數(shù)及割底板情況分別如圖4、圖5所示。工作面前期采取0.6 m步距，推進(jìn)30 m后恢復(fù)0.75 m步距，采取定線器準(zhǔn)確定距。每天檢修期間有針對(duì)性地施工頂板錨索，面前及兩順槽前70 m采幫注固邦特加固頂板。

圖4 工作面提刀度數(shù)統(tǒng)計(jì)曲線圖

圖5 工作面割底量統(tǒng)計(jì)曲線圖

5 取得效果

通過(guò)采取一系列措施，1308工作面初采期間，每班實(shí)現(xiàn)割煤3刀（1.8 m），每天割煤6刀（3.6 m），17 d進(jìn)尺61.2 m，進(jìn)入坡度平緩階段，結(jié)束大傾角仰采。期間煤層提刀幅度和煤層傾角一致，運(yùn)輸機(jī)上竄下滑控制到位，頂板管控良好，未出現(xiàn)任何安全事故，實(shí)現(xiàn)了安全生產(chǎn)。

6 結(jié)論

針對(duì)采煤工作面大仰角開(kāi)采期間頂板管理困難和采煤機(jī)不易控制提刀幅度的情況，通過(guò)提前施工錨索加固頂板，并對(duì)底板進(jìn)行改造，人為將溜槽支架形成與煤層傾角一致的仰角，有效降低了初采期間的回采難度，并通過(guò)回采期間減小推移步距，優(yōu)化各生產(chǎn)系統(tǒng)，采取針對(duì)性措施，做到了風(fēng)險(xiǎn)有預(yù)控、隱患有治理，確保了工作面安全順利回采。