動力災害礦井松軟煤層工作面優化

蒙進寶 孫天寧

（甘肅靖遠煤電股份有限公司，甘肅白銀 730910）

0 序言

隨著礦井進入深部開采，各種災害疊加，急傾斜煤層傾角大、厚度變化較大、采掘接續緊張等問題需要從工藝進行優化工作是非常關鍵。急傾斜特厚煤層開采現采用水平分段綜采放頂煤開采，從礦井產能低、生產成本高的實際情況來看，通過對急傾斜煤層工作面巷道布置、支護進行優化，提升掘進速度，確保礦井采掘接續正常，降低生產成本，減少災害影響，有著非常重要的意義。

1 工程背景

王家山煤礦是甘肅靖遠煤電股份有限公司的骨干礦井之一，現有一號井和四號井兩對生產礦井，其中一號井主回采水平標高1240m，工作面回采標高1270m，埋深達600 米以上。井田內分布有F15、F16和F17斷層組，主采煤層為煤2和煤4，煤層賦存于中侏羅統窯街組，整體呈西薄東厚態勢，平均厚度13m，平均傾角50.1°，普氏硬度系數f介于0.8～1.5之間。經煤巖沖擊傾向性鑒定，煤2 和煤4 均具有沖擊傾向性，沖擊危險性評價一號井屬弱沖擊危險性礦井。受沖擊地壓災害影響，礦井采掘不平衡，工作面接續緊張，給礦井造成重大事故隱患。如何突破傳統思維，從設計源頭上防治動力災害，為加快巷道掘進速度創造有利條件，成為解決接續問題的重點研究對象。

2 影響巷道施工進度因素分析

一號井二采區首采工作面為二201工作面，工作面走向610 米，掘進總工程量1441 米，2019 年9 月7日開口，采取運輸順槽滯后回風順槽150米雙頭并進方式掘進，于2021 年1 月10 掘進結束。根據二201工作面兩道實際掘進情況分析，影響掘進速度的因素分析如下。

2.1 掘進期間災害治理占用時間長

二201 工作面煤層沖擊危險性評價為中等沖擊危險，兩道在施工過程中要實施沖擊地壓防治措施，每天早班掘進之前在掘進工作面正前、退后20m、40m、60m 處共施工4 組8 個鉆孔進行鉆屑監測，用時3～4 小時；掘進工作面正前每掘進22m 施工一個Φ 80mm、深度30m 的高壓注水鉆孔和3個Φ100mm、深度30m 大直徑卸壓空孔，用時1～1.5 天，每月影響2～3天；落實沖擊地壓煤層掘進工作面每班警戒區域內進入人員不得超過9 人之規定，除安檢員1 人、瓦檢員1 人、取鉆屑人員3 人外，工作面實際掘進工4人，導致后巷架棚加強支護與掘進頭錨網索掘進支護不能平行作業，早班停掘架棚，中、夜班各掘進一網，即每月影響10天。

2.2 巷道埋深大，地質構造復雜，地應力大

二201 工作面埋深達622 米，上覆巖層厚，垂直應力大；成煤地層受F15、F16 和F17 斷層組影響，構造應力大；受斷層破碎帶影響，煤質松軟破碎，錨網索支護巷道成形難以控制，多以手工挖掘方式施工，日進度平均僅1.4m（月進度35m 左右），易發生抽冒頂事故，曾多次出現鉆屑值超過預警臨界值，巷道收斂變形量大（底鼓量達0.8～1.5m），被迫增加40U 型鋼支架加強支護（滯后工作面5m 架棚），多次人工反復下底清理。

2.3 綜掘設備效能發揮不充分

由于煤質松軟破碎，只能采取人工“挖一錨一”支護頂部錨桿后，方可使用綜掘機截割、出煤，不能全斷面一次性截割成巷利用多臺錨桿鉆機同時進行作錨網支護作業。

3 工作面優化設計方案

3.1 優化設計方案工作面概況

二202 工作面是二201 工作面的接替工作面，位于一號井二采區東翼，西以1270分層石門為界，鄰于二201 工作面；東部及北部以礦權邊界為界，北部鄰于靖遠縣王家山煤業有限公司王家山煤礦，南部尚未開采，對應地面標高為1850～1917m，工作面標高1271～1295m，最大埋深622m，主采煤2，煤層走向247～253°，傾向南東，傾角60～78°，厚度15.4～43.2m，煤層頂底板起伏變化大，賦存不穩定。根據鉆探及石門揭露資料，工作面以北16～61m（法線距離）發育有F16 逆斷層，斷層產狀：70～91°S∠58～81°，落差大于150m，預計工作面掘進至415～430m處時將穿過F16 逆斷層，對煤層連續性造成破壞，發生沖擊地壓的可能性較大。

3.2 設計方案的優化

1）優化巷道布置方式。將原來兩道沿煤層頂底板布置的煤巷，調整布置在頂底板巖層中，一是沖擊危險性大大降低；二是巖巷掘進，掘進頭正前不再施工高壓注水和大直徑卸壓鉆孔；三是不需要進行鉆屑監測；四是能全斷面一次性截割成巷，減少工序影響。

2）簡化施工工序。巷道布置由煤巷調整為巖巷后，對原支護方式同時進行調整，取消套架鋼支架加強支護。

3）調整底板巷（運輸順槽）坡度。將工作面布置由原水平分段布置方式調整為正斜切分段布置，增加工作面傾向長度。

4）加強局部松軟煤層段支護強度。兩道穿松軟煤層段的巷道支護方式在原錨網索支護基礎上，每隔5m 在拱部增加一排Φ21.8×4500mm 的鋼絞線配合寬度275mm的“W”鋼帶進行護表支護。

4 實施效果

1）通過調整巷道布置方式、改變支護方案，簡化施工工序，巷道施工速度明顯提高，二202 工作面設計走向長919 米，總工程量2024 米，2020 年10 月24日開工，運輸順槽滯后回風順槽150 米雙頭掘進，2021 年11 月18 日完工，日進度最高達到4.9m，平均3.5m,月進度平均達到88m。

2）通過將兩順槽布置在頂、底板巖層中，調整底板巷（運輸順槽）坡度，工作面傾斜長度由7m 增加至18.5m，保證了工作面回采設備正常運行所需的幾何尺寸（后期煤層較薄，若在煤層中布置兩道，工作面傾斜長度僅7m,刮板輸送機運行的最短長度需8～10m 左右），同時使工作面可采走向長度增加547m，兩順槽頂部的三角煤全部回收，減少了煤炭資源損失，提高了回收率7%。

3）松軟破碎煤層段巷道支護，在錨網索基礎上增加“W”鋼帶和40U 鋼棚，提高了護表強度。同時，縮短了主動支護與被動支護的間隔時間。實踐證明，穿煤段巷道收斂變形得到有效控制，穩定性增強，支護可靠性提高。工作面后期兩道布置在頂底板巖層中，以巖代煤布置，圍巖條件改善，巷道成形更易于控制，巷道自身承能力增強。

5 結語

該優化方案針對王家山煤礦一號井沖擊地壓條件下急傾斜厚度12～15m 的松軟煤層實際，打破回采巷道布置于煤層中的傳統慣例，通過以巖代煤方式，有效避開了沖擊地壓危險區域和掘進擾動應力疊加的影響，提高了掘進速度，使工作面接續得到保障；滿足了工作面回采設備運行的最短必要長度，使設備運行更加可靠；提高了復雜地質條件下資源回收率。該優化方案對其它沖擊地壓礦井急傾斜軟煤層類似條件下工作面布置提供了有益的借鑒經驗，具有較高的推廣應用價值。