特厚煤層綜放開(kāi)采堅(jiān)硬頂板強(qiáng)礦壓控制關(guān)鍵技術(shù)

研發(fā)起止時(shí)間：2018.3～2021.12

完成單位：晉能控股集團(tuán)有限公司、晉能控股煤業(yè)集團(tuán)有限公司、河南理工大學(xué)、河南工程學(xué)院

成果水平：國(guó)際先進(jìn)

1 項(xiàng)目背景

大同煤田屬于雙系開(kāi)采煤田，目前上部侏羅系煤層開(kāi)采已近結(jié)束，正逐步轉(zhuǎn)產(chǎn)到下部石炭系煤層，主采煤層為3-5#煤層。同忻礦以往留設(shè)38 m左右的區(qū)段煤柱，由于煤柱寬度較大，在工作面超前支承壓力以及上工作面?zhèn)认蛑С袎毫Φ寞B加應(yīng)力影響下，回采巷道片幫、底鼓嚴(yán)重，巷道掘進(jìn)效率低、返修成本大，嚴(yán)重制約了工作面的安全高效回采，留設(shè)寬煤柱也造成煤炭資源的不充分利用，極大地浪費(fèi)煤炭資源，縮短礦井服務(wù)年限。因此，侏羅系遺留煤柱下工作面高強(qiáng)度開(kāi)采所面臨的巷道強(qiáng)礦壓治理問(wèn)題成為目前同忻礦乃至煤業(yè)集團(tuán)其他生產(chǎn)礦井亟待解決的技術(shù)難題。

本項(xiàng)目研究根據(jù)大同礦區(qū)石炭系特厚煤層開(kāi)采引起的圍巖活動(dòng)與工作面強(qiáng)礦壓顯現(xiàn)特征，在工作面強(qiáng)礦壓顯現(xiàn)機(jī)理研究基礎(chǔ)上，提出強(qiáng)礦壓的控制技術(shù)，形成大同礦區(qū)綜放工作面堅(jiān)硬頂板條件下開(kāi)采工作面強(qiáng)礦壓控制的理論與技術(shù)體系。

2 研究?jī)?nèi)容

通過(guò)理論分析及現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)等手段，分析研究復(fù)雜條件下8102工作面回采不同階段礦壓顯現(xiàn)規(guī)律，對(duì)不同階段礦壓顯現(xiàn)對(duì)比分析，得出同忻礦特厚煤層工作面的礦壓規(guī)律，提出合理的綜放工作面采場(chǎng)圍巖控制方案和卸壓技術(shù)措施，減弱綜放工作面對(duì)采場(chǎng)及巷道的影響，提高工作面采場(chǎng)及巷道的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)8102綜放工作面安全高效回采。

1）查明了8102 工作面所處區(qū)域的水文、地層、構(gòu)造形態(tài)等地質(zhì)情況，其對(duì)工作面安全回采的影響做出了科學(xué)評(píng)價(jià)。

2）分析了8102 工作面兩側(cè)采動(dòng)情況及覆巖空間結(jié)構(gòu)特征。

3）研究分析了8102 工作面兩側(cè)采空區(qū)以及上層14#煤層采空區(qū)對(duì)8102工作面沿空掘巷的影響程度。

4）分析了8101 采空區(qū)及8103 采空區(qū)穩(wěn)定后的側(cè)向支承壓力以及采空區(qū)穩(wěn)定程度、有害氣體含量、老空區(qū)積水情況等因素，科學(xué)、合理設(shè)計(jì)了8102 工作面沿空掘巷小煤柱留設(shè)寬度及巷道支護(hù)形式。

5）對(duì)8102 大采高綜放工作面主要設(shè)備進(jìn)行了配套選型。

6）根據(jù)大同礦區(qū)綜放面堅(jiān)硬頂板強(qiáng)礦壓顯現(xiàn)的發(fā)生機(jī)理，提出大同礦區(qū)綜放工作面堅(jiān)硬頂板強(qiáng)礦壓的控制方法與技術(shù)途徑，解決了大同礦區(qū)石炭系煤層開(kāi)采中堅(jiān)硬頂板控制的關(guān)鍵理論與技術(shù)問(wèn)題，形成大采高綜放工作面堅(jiān)硬頂板強(qiáng)礦壓條件下安全回采成套技術(shù)。

3 主要研究成果

1）采用井上下多元信息，綜合分析同忻礦特厚煤層堅(jiān)硬頂板8102 綜放高強(qiáng)度開(kāi)采工作面覆巖結(jié)構(gòu)特征，建立了覆巖結(jié)構(gòu)力學(xué)模型，揭示了特厚煤層堅(jiān)硬頂板綜放工作面強(qiáng)礦壓發(fā)生機(jī)理。同忻礦8102 工作面覆巖中長(zhǎng)臂非對(duì)稱(chēng)“T”型結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2）利用工作面電液控制系統(tǒng)、巷道圍巖變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、煤體微震和應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)分析和預(yù)警回采過(guò)程中的礦壓顯現(xiàn)，建立了多方位、全過(guò)程的礦壓監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)。微震系統(tǒng)檢波器深孔布置示意圖如圖2所示，鉆孔測(cè)點(diǎn)布置示意圖如圖3所示。

圖2 微震系統(tǒng)檢波器深孔布置示意圖

圖3 鉆孔測(cè)點(diǎn)布置示意圖

3）分析了堅(jiān)硬頂板特厚煤層煤柱下開(kāi)采采掘空間“強(qiáng)礦壓”顯現(xiàn)特征，建立了以高工作阻力液壓支架為核心，大直徑鉆孔卸壓、卸壓槽卸壓、超前水力切頂卸壓相結(jié)合的強(qiáng)礦壓控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了特厚煤層堅(jiān)硬頂板綜放工作面的安全高效回采。

4 應(yīng)用效果

項(xiàng)目研究成果在晉能控股煤業(yè)集團(tuán)有限公司同忻煤礦8102綜放工作面成功進(jìn)行了工業(yè)性實(shí)踐，圍巖應(yīng)力卸壓程度達(dá)到70%以上，為礦井新增產(chǎn)值共計(jì)54億元，新增利潤(rùn)34.48億元，新增稅收約7.05億元。研究成果為提高煤層開(kāi)采資源回收率、保障采掘巷道穩(wěn)定性提供了有力技術(shù)支撐，顯著提高了工作面開(kāi)采安全性，延長(zhǎng)了礦井服務(wù)時(shí)間，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益顯著。

項(xiàng)目于2022 年3 月18 日通過(guò)了中國(guó)煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)組織的專(zhuān)家鑒定，研究成果達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。