秦慶舉，王之永，朱啟杰，劉 剛

特厚煤層綜放工作面合理參數(shù)確定

秦慶舉，王之永，朱啟杰，劉 剛

(陜西金源招賢礦業(yè)有限公司，陜西 寶雞市 721500)

根據(jù)國內(nèi)超長綜放工作面開采現(xiàn)狀，從工作面通風(fēng)、瓦斯、自燃發(fā)火、頂板離層水及沖擊地壓等安全角度對(duì)某礦井超長綜放工作面的可行性進(jìn)行分析，在不改變工作面裝備設(shè)備能力的前提下，對(duì)工作面參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，不僅增加了工作面可采儲(chǔ)量，而且減少了復(fù)雜的聯(lián)巷設(shè)置、準(zhǔn)備工程量以及工作面安裝、拆除次數(shù)。工作面優(yōu)化后，多回收煤炭資源365.5萬t，效益增加135689萬元，產(chǎn)生了極為顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

特厚煤層;綜放工作面;裝備水平;參數(shù)優(yōu)化

近年來，隨著采礦裝備技術(shù)水平的提高、各地煤礦升級(jí)改造以及采掘接替等問題的提出，加長工作面已成為礦井高產(chǎn)高效集中生產(chǎn)的主要技術(shù)方向之一。工作面加長，不僅能提高工作面單產(chǎn)、方便巷道布置、簡化生產(chǎn)系統(tǒng)、有利于礦井高度集中生產(chǎn)，而且能有效降低成本，提高資源回收率；但工作面長度增加后，工作面覆巖的破壞與運(yùn)動(dòng)規(guī)律將發(fā)生改變，間接表現(xiàn)為工作面礦壓顯現(xiàn)規(guī)律不同[1?2]，進(jìn)而導(dǎo)致工作面管理難度加大，推進(jìn)度下降，反而不利于穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)。超長綜放工作面回采主要受工作面煤層賦存條件、配套設(shè)備的裝備水平、通風(fēng)安全及其他地質(zhì)災(zāi)害等條件的制約。

因此，合理確定工作面長度對(duì)于安全高效回采至關(guān)重要。

1 礦井首采區(qū)概況及地質(zhì)特征

某礦井設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為2.40 Mt/a，首采面為1307綜采放頂煤工作面。井下主運(yùn)輸采用帶式輸送機(jī)運(yùn)輸，井下輔助運(yùn)輸系統(tǒng)采用防爆柴油機(jī)車+單軌吊接力運(yùn)輸方式，通風(fēng)采用中央并列抽出式。設(shè)計(jì)可采煤層采用單一走向長壁后退式采煤方法，全部垮落法管理頂板。

礦井首采區(qū)賦存有2煤和3煤，其中2煤賦存面積較小，且勘探程度較低，為局部可計(jì)量不可采煤層。3煤厚度0.8～24.3 m，平均14.8 m，結(jié)構(gòu)簡單，平均夾矸厚度0.73 m，局部含夾矸0～5層，單層夾矸厚0.20～1.45 m，一般小于0.5 m。夾矸巖性為炭質(zhì)泥巖、泥巖及泥質(zhì)粉砂巖。首采區(qū)內(nèi)3煤開采厚度0.80～25.75 m，平均15.5 m，煤層傾角0°～27°。3煤層有麥里溝向斜、四郎溝向斜，兩向斜軸部向西南傾伏。向斜走向NEE，北翼煤層傾角較陡，約為14°～17°，南翼煤層傾角較緩，約為4°～11°。據(jù)三維地震資料，區(qū)內(nèi)共發(fā)現(xiàn)斷層21條，大于50 m的斷層2條，落差20～50 m的斷層2條，落差10～20 m的斷層11條，落差5～10 m的斷層6條，以上斷層全部為正斷層。

2 存在問題分析

首采區(qū)工作面及區(qū)段煤柱原設(shè)計(jì)參數(shù)以“小”為特色，即小工作面、小區(qū)段煤柱，如圖1所示。首采區(qū)東翼布置4個(gè)工作面，自上而下分別為1301，1303，1305，1307；西翼布置4個(gè)工作面，自上而下分別為1302，1304，1306，1308。工作面傾向長度155 m左右，區(qū)段煤柱寬度8 m。根據(jù)礦井建設(shè)與生產(chǎn)規(guī)劃，首采區(qū)兩翼跳采，首采面1307（東翼）→1304（西翼）→1305（東翼）→1302（西翼）→1303（東翼）。首采區(qū)工作面原設(shè)計(jì)面長155 m，較為保守，且工作面單產(chǎn)低，巷道布置復(fù)雜，工作面拆除、安裝頻繁，生產(chǎn)接續(xù)緊張，經(jīng)濟(jì)成本高。因此，工作面原設(shè)計(jì)長度不能滿足生產(chǎn)需求，需對(duì)工作面參數(shù)進(jìn)行研究。

3 工作面合理參數(shù)研究

超長綜放工作面回采主要受工作面煤層賦存條件、配套設(shè)備的裝備水平、通風(fēng)安全及其他地質(zhì)災(zāi)害等條件的制約，因此本文基于以上幾個(gè)角度對(duì)超長綜放工作面的可行性展開分析。

3.1 超長綜放工作面裝備水平可行性分析

根據(jù)國內(nèi)超長綜放工作面開采現(xiàn)狀（見表1），參照臨近郭家河煤礦、崔木煤礦設(shè)備配置情況，按照2.40 Mt/a設(shè)計(jì)產(chǎn)能，同時(shí)結(jié)合地質(zhì)條件等具體情況，該礦選取的綜放設(shè)備型號(hào)為：基本架（ZF16000/21/38），過渡架（ZFG16000/26/38），采煤機(jī)（MG650/1510-WD），前后部運(yùn)輸機(jī)（SGZ1000/2×855），轉(zhuǎn)載機(jī)（SZZ1200/525），破碎機(jī)（PCM400），工作面裝備設(shè)備能力滿足超長工作面布置。

圖1 首采區(qū)工作面原布置方案

表1 國內(nèi)超長綜放工作面設(shè)備應(yīng)用現(xiàn)狀

3.2 超長綜放工作面安全性分析評(píng)價(jià)

基于工作面通風(fēng)、瓦斯、自燃發(fā)火、頂板離層水及沖擊地壓等安全角度對(duì)超長綜放工作面的可行性進(jìn)行分析。

3.2.1 超長綜放工作面通風(fēng)分析

礦井通風(fēng)方式為中央并列式，機(jī)械抽出式通風(fēng)。主斜井和副立井進(jìn)風(fēng)，回風(fēng)立井回風(fēng)。主要通風(fēng)機(jī)目前負(fù)壓為1390 Pa，礦井回風(fēng)量為6840 m3/min。根據(jù)礦井主要通風(fēng)機(jī)的性能測(cè)試報(bào)告，礦井通風(fēng)設(shè)備及系統(tǒng)滿足超長綜放工作面回采通風(fēng)要求。

3.2.2 超長綜放工作面瓦斯防治分析

為保證超長工作面正?；夭?，借鑒國內(nèi)高瓦斯綜放工作面瓦斯治理經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合礦井現(xiàn)有的瓦斯治理成熟技術(shù)，采用“瓦斯預(yù)抽+通風(fēng)優(yōu)化+監(jiān)測(cè)監(jiān)控”相結(jié)合的瓦斯綜合治理措施，具體措施如下：

（1）在超長綜放工作面煤層中采用采前預(yù)抽、邊采邊抽等瓦斯抽采措施，同時(shí)回采期間采用高抽巷及抽采管路抽采采空區(qū)瓦斯，能夠有效降低回采期間工作面瓦斯?jié)舛?，保證瓦斯治理取得良好 成效。

（2）采用回風(fēng)隅角埋管抽放降低回風(fēng)隅角瓦斯?jié)舛取９ぷ髅婊夭汕霸诨仫L(fēng)隅角預(yù)埋抽采管路，管口位于采空區(qū)一側(cè)，與地面抽采泵站相連?；仫L(fēng)隅角瓦斯?jié)舛仍龃髸r(shí)，對(duì)回風(fēng)隅角進(jìn)行抽采，確?；仫L(fēng)隅角瓦斯?jié)舛确弦?guī)定。

（3）優(yōu)化通風(fēng)系統(tǒng)，巷道設(shè)計(jì)、施工時(shí)增加通風(fēng)斷面，回采時(shí)保證配風(fēng)量滿足回采需求。

（4）按照《煤礦安全規(guī)程》及AQ標(biāo)準(zhǔn)安裝瓦斯傳感器，與監(jiān)控分站相連，實(shí)現(xiàn)工作面及有關(guān)電氣設(shè)備的瓦斯電閉鎖。

3.2.3 超長綜放工作面自然發(fā)火防治分析

根據(jù)中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司鑒定結(jié)論：3煤層為I類容易自燃煤層，自然發(fā)火期最短為27 d，采取綜合防滅火措施，建立了灌漿防滅火系統(tǒng)、氮?dú)夥罍缁鹣到y(tǒng)和束管監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。工作面回采期間采取進(jìn)回風(fēng)隅角垛袋、噴灑瑞克羅尼，加強(qiáng)人工監(jiān)測(cè)等措施，保證了現(xiàn)有工作面正?；夭?。根據(jù)現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)及條件，在一定回采速度以及防滅火技術(shù)措施的基礎(chǔ)上，可以保證3煤層超長綜放工作面的正?；夭伞?/p>

3.2.4 超長綜放工作面頂板離層水防治分析

礦井首采區(qū)直接充水含水層為延安組煤層及其頂板砂巖裂隙含水層、直羅組砂巖裂隙含水層及侏羅系中統(tǒng)宜君組、洛河組砂礫巖含水層，充水方式為頂板進(jìn)水，離層水。在工作面回采期間，充水性水源主要為侏羅系中統(tǒng)宜君組、洛河組砂礫巖含水層。

為防止工作面回采期間頂板離層水害潰入工作面，造成壓架及水災(zāi)事故，在地面施工直通式導(dǎo)流泄水孔，確保地面直通式導(dǎo)流泄水孔影響范圍覆蓋整個(gè)工作面，使離層水由瞬間大量涌水改為不間斷小流量涌水，達(dá)到對(duì)離層空間積水疏放的目的，不會(huì)因離層水造成影響安全生產(chǎn)的情況發(fā)生，保證工作面安全回采。同時(shí)工作面嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求完善排水系統(tǒng)，保證排水系統(tǒng)暢通。

3.2.5 超長綜放工作面沖擊地壓防治分析

針對(duì)煤層本身的應(yīng)力集中和采空區(qū)側(cè)的頂板懸頂情況，掘進(jìn)期間采用大孔徑鉆孔卸壓和頂板深孔爆破等方法進(jìn)行處理，可減小發(fā)生沖擊地壓的危險(xiǎn)[3]?；夭善陂g，采用KJ959微震系統(tǒng)、KJ550—2應(yīng)力在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、鉆屑法對(duì)構(gòu)造加強(qiáng)探查與監(jiān)測(cè)。當(dāng)監(jiān)測(cè)有沖擊危險(xiǎn)時(shí)，及時(shí)采用大直徑鉆孔進(jìn)行卸壓，卸壓參數(shù)參照強(qiáng)沖擊危險(xiǎn)區(qū)域參數(shù)施工，當(dāng)采用大直徑鉆孔卸壓效果不明顯時(shí)，再對(duì)煤層實(shí)施爆破卸壓，流程如圖2所示。

圖2 綜合監(jiān)測(cè)解危體系流程

4 參數(shù)優(yōu)化前后對(duì)比分析

（1）原設(shè)計(jì)方案工作面儲(chǔ)量280~400萬t，優(yōu)化后工作面儲(chǔ)量420~600萬t。增加了工作面可采儲(chǔ)量，延長了工作面服務(wù)時(shí)間，緩解了生產(chǎn)接續(xù)緊張局面。

（2）經(jīng)濟(jì)效益。首采區(qū)東翼少布置1個(gè)工作面，少掘進(jìn)巷道5920 m，工作面少安裝、拆除各1次。節(jié)約資金約7764萬。首采區(qū)西翼1302工作面采用“刀把”形布置，多回收煤炭資源320.3萬t，經(jīng)濟(jì)效益112105萬元；1308工作面“調(diào)斜”形布置，多回收煤炭資源45.2萬t，經(jīng)濟(jì)效益15820萬元。

（3）安全效益。巷道掘進(jìn)施工及工作面安裝、拆除均需施工組織，過程控制及安全管理均存在一定風(fēng)險(xiǎn)，少布置一個(gè)工作面，給企業(yè)帶來極大的安全效益。

工作面參數(shù)優(yōu)化后也存在以下缺點(diǎn)：

（1）1302工作面上順槽靠近3煤邊界，煤厚不確定，對(duì)將來回采帶來一定風(fēng)險(xiǎn)；

（2）1302工作面“刀把”形及1308“調(diào)斜”形不規(guī)則布置，易造成局部多倍甚至十幾倍的應(yīng)力集中，不利于沖擊地壓防治。

5 結(jié) 論

本文從開采技術(shù)到裝備水平到通風(fēng)、瓦斯、自然發(fā)火、頂板離層水害及沖擊地壓等安全因素的評(píng)價(jià)，對(duì)超長綜放工作面可行性進(jìn)行了分析，得到以下結(jié)論。

（1）目前開采技術(shù)及礦井裝備水平完全可以滿足超長綜放工作面回采要求。

（2）保證超長工作面通風(fēng)量；嚴(yán)格執(zhí)行瓦斯檢測(cè)及抽采，制定高瓦斯礦井管理措施；采取相應(yīng)的防滅火、防治水及防治沖擊地壓措施，可以保障3號(hào)煤層超長綜放工作面的安全回采。

（3）首采區(qū)東翼南部以1307工作面風(fēng)巷煤柱為界，北部以DF7斷層保護(hù)煤柱線為界，由原來4個(gè)工作面調(diào)整為3個(gè)工作面，自上而下分別為1303，1305，1307，其中1303和1305工作面面長210 m。

（4）3號(hào)煤邊界線上移，將1302工作面上移，采用“刀把”形布置，以保證上部煤炭資源回收；1304和1306工作面則由原來的155 m長增加到195 m；將1308工作面“調(diào)斜”形布置，既避開了3煤下部邊界外無煤區(qū)，又進(jìn)一步加長了工作面，面長由155 m增加到180 m。

[1] 曹勝根,繆協(xié)興.超長綜放工作面采場礦山壓力控制[J].煤炭學(xué)報(bào),2001,26(6):621-625.

[2] 繆協(xié)興,錢鳴高.超長綜放工作面覆巖關(guān)鍵層破斷特征及對(duì)采場礦壓的影響[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào),2003,22(1):45-47.

[3] 秦子涵.寬煤柱條件下沿空巷道沖擊地壓防治技術(shù)研究[J].煤炭工程,2016,48(44):76-79.

(2019-04-01)

秦慶舉(1986—)，男，安徽碭山人，碩士研究生，工程師，從事生產(chǎn)技術(shù)管理工作，Email: qqj521@163.com。