張艦

摘 要：11917工作面為東一采區(qū)上山煤柱工作面，工作面切眼緊鄰SF3斷層布置。工作面兩側(cè)均為采空區(qū)，應(yīng)力集中，頂板壓力大，回采困難。本文通過研究不同層位老巷支護技術(shù)，確定最優(yōu)支護參數(shù)和方式;研究釋放近采空區(qū)側(cè)頂板壓力技術(shù);研究煤層自燃規(guī)律，確定合理管控措施;研究SF1斷層煤柱回收技術(shù);研究大角度俯采期間支護技術(shù);研究工作面同時過老巷和斷層的支護技術(shù)。通過以上研究解決回采過程中遇到的孤島工作面斷層與老巷重疊帶來的工作面圍巖應(yīng)力集中、采場來壓明顯、煤體松軟、支護難度大以及推進困難等問題，保證極復(fù)雜條件下孤島綜放工作面回采的安全、高效、高采出率。

關(guān)鍵詞：孤島工作面;斷層;老巷;大角度俯采;預(yù)裂切頂技術(shù)

中圖分類號：TD823 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）32-0070-03

Study on Technology of Crossing Fault and Old Roadway Simultaneously in Island Fully Mechanized Top Coal Caving Face under Extremely Complex Conditions

ZHANG Jian

（Jizhong Energy Group Co.， Ltd.， Xingtai Hebei 054000）

Abstract： 11917 working face is an uphill coal pillar working face in East No. 1 mining area. The cutting hole of the working face is arranged close to SF3 fault. Both sides of the working face are goaf， with concentrated stress， high roof pressure and difficult mining. This paper studies the support technology of old roadway in different layers to determine the optimal support parameters and methods; Study the technology of releasing the side roof pressure near the goaf; Study the law of coal seam spontaneous combustion and determine reasonable control measures; Study the recovery technology of SF1 fault coal pillar; Study the support technology during large angle down mining; Study the support technology of working face passing through old roadway and fault at the same time. To solve the problems encountered in the mining process， such as the stress concentration of the surrounding rock of the working face， obvious stope pressure， soft coal， difficult support and difficult propulsion caused by the overlap of the fault and old roadway of the isolated island working face， so as to ensure the safe， efficient and high recovery rate of the isolated island fully mechanized top coal caving working face under extremely complex conditions.

Keywords： isolated island working face;faults; old roadway;large angle down mining;pre splitting and roof cutting technology

煤炭一直以來都是我國的主要能源。雖然近年來我國對煤炭開采實行了去產(chǎn)能的戰(zhàn)略結(jié)構(gòu)調(diào)整，但是煤炭在我國能源結(jié)構(gòu)中依然處于主導(dǎo)地位[1-3]。我國采礦技術(shù)在近幾十年內(nèi)不斷提高，但是受到地質(zhì)條件的影響，在開采過程中不可避免地遇到了各類復(fù)雜構(gòu)造和條件，導(dǎo)致工作面頂幫圍巖整體性變?nèi)酰瑥亩斐砷_采過程中頂板壓力大、應(yīng)力集中、巷道變形量大以及支護困難等情況。隨著礦井開采年限的不斷增加，賦存條件好的煤炭資源日益減少。對賦存條件復(fù)雜的煤層進行開采，不僅可以提高煤炭采出率，而且可以延長礦井壽命[4-5]。

1 概況

11917工作面為東一采區(qū)上山煤柱工作面，工作面切眼緊鄰SF3斷層布置。工作面兩側(cè)均為采空區(qū)，應(yīng)力集中，頂板壓力大。工作面內(nèi)有20多條老巷，其中包括與工作面同層位的、不同層位的、穿層的巷道。工作面內(nèi)有多條斷層，其中SF1斷層落差最大為6.5 m，并且與多條老巷相重疊，頂板破碎，工作面條件極為復(fù)雜，對回采影響較大。通過本次技術(shù)研究，解決孤島綜放工作面同時過老巷和斷層期間應(yīng)力集中明顯、支護難度大、俯采角度大以及工作面支架狀態(tài)不易管理等問題，在安全前提下提高煤炭資源回收率，實現(xiàn)類似條件下的工作面的高產(chǎn)、高效開采。

2 預(yù)裂切頂泄壓技術(shù)研究

11917工作面為孤島煤柱工作面，回采過程持續(xù)過老巷。為加強頂板管理，決定對11917兩巷實施頂板預(yù)裂切頂技術(shù)，釋放回采期間兩側(cè)頂板壓力，以達到安全回采的目的。

2.1 切頂方案確定

對水力壓裂和爆破預(yù)裂進行研究。結(jié)合11917工作面頂板巖性，由于大青灰?guī)r堅硬，普氏系數(shù)為8.0～20.6，且頂板內(nèi)裂隙較發(fā)育，水力壓裂無法達到預(yù)想效果，決定對11917工作面兩巷采用爆破預(yù)裂切頂方案。

2.2 切頂原則

確保老頂切頂效果，減少兩側(cè)頂板壓力向工作面的傳導(dǎo)，并保證巷道直接頂支護質(zhì)量。

2.3 聚能切縫機制

預(yù)裂爆破切頂泄壓成功實施的關(guān)鍵技術(shù)之一是頂板聚能切縫，通過預(yù)先在爆破孔內(nèi)安裝的聚能管實現(xiàn)定向爆破。聚能管兩側(cè)有定向聚能槽，爆破時從槽內(nèi)釋放能量流。由于聚能裝置的壓縮性較小，作用過程中爆破能量主要以動能形式釋放，避免了爆生氣體膨脹引起的能量分散，從而沿設(shè)定方向形成高能流，集中作用于設(shè)定方向。聚能爆破時，爆轟會產(chǎn)生高溫、高壓、高速氣體。由于聚能部位為薄弱面，爆生氣體沿聚能孔方向驅(qū)動裂紋，形成強有力的“氣楔”，在垂直于設(shè)定方向上產(chǎn)生反射拉應(yīng)力作用，導(dǎo)致裂紋損傷不斷擴展，最終使頂板巖體沿設(shè)定方向拉張開裂。因此，聚能爆破實質(zhì)是通過聚能裝置使爆轟產(chǎn)物在孔壁非設(shè)定方向上產(chǎn)生均勻壓力，而在設(shè)定的兩個方向上產(chǎn)生集中拉力，實現(xiàn)巖體定向拉張成縫。O型聚能管力學(xué)模型見圖1。

2.4 鉆孔參數(shù)及布置方式

經(jīng)過計算，確定爆破參數(shù)及鉆孔布置，如圖2所示。

2.5 爆破鉆孔采用間隔裝藥爆破方式

頂板預(yù)裂切頂泄壓技術(shù)的應(yīng)用，能夠有效釋放采空區(qū)側(cè)壓力，減小回采期間巷道變形量。經(jīng)巷道變形量觀測數(shù)據(jù)對比，未實施頂板預(yù)裂段巷道頂?shù)装遄畲笞冃瘟繛? m，實施頂板預(yù)裂后巷道最大變形量為400 mm，有效解決了孤島工作面回采壓力大、巷道變形等問題。

3 最優(yōu)支護參數(shù)和方式

本文主要研究11917工作面內(nèi)同時過斷層和老巷的施工工藝，確定最優(yōu)支護參數(shù)和方式。

3.1 過SF斷層技術(shù)研究

3.1.1 過斷層技術(shù)方案。11917工作面為俯采，走向角度平均為9°。結(jié)合SF斷層的落差和角度，決定將角度由-9°變?yōu)?20°（俯采傾角變大），通過工作面兩巷、中間巷及老巷揭露的斷層特性決定提前12 m開始變角度，如圖4所示。

3.1.2 大傾角俯采過程中存在的問題。①采煤機傾斜壓向煤壁，導(dǎo)致采煤機運行狀態(tài)不穩(wěn)定，容易造成滑靴磨損。②液壓支架推移導(dǎo)向框架與運輸機不在一個平面，容易造成推移導(dǎo)向框架彎曲、損壞;液壓支架移架時，容易向煤壁前傾。③由于采煤機始終存在向煤壁傾倒的趨勢，推移運輸機時容易造成運輸機上漂，甚至推翻運輸機。

3.1.3 過斷層期間大傾角俯采技術(shù)方案。①導(dǎo)向滑靴改造。在大角度俯采過程中，導(dǎo)向滑靴受力增大。為提高導(dǎo)向滑靴強度，在滑靴兩端附加螺紋鋼。改造后導(dǎo)向滑靴整體強度顯著提高，并且使用壽命有所延長。②液壓支架防倒防滑。在支架前梁設(shè)計防倒裝置，用千斤頂連接，再用220大鏈和千斤頂連接，另一端固定到隔架的抬底座上。這樣三架連成一體，防止向前傾倒。利用支架底座原有的孔制作千斤頂連接裝置，用大鏈和千斤頂與溜槽連接。通過液壓支架牽引刮板輸送機，防止溜子下滑。③嚴格做好支架的抬底檢修工作。每班檢修支架的抬底裝置，確保抬底千斤頂和平衡千斤頂100%完好，現(xiàn)場備用件充足。

3.2 過斷層期間兩巷支護參數(shù)優(yōu)化

過斷層期間將兩巷超前排距由800 mm縮為700 mm，超前支護長度由20 m延長至30 m，一梁三柱長度由10 m延長到20 m，工作面支架端面距控制在300 mm以內(nèi)，及時帶壓移架。放頂前，要先對放頂外支護進行二次注液，確保初撐力等措施保證工作面支護強度。

3.3 老巷的支護技術(shù)研究

11917工作面內(nèi)老巷達20多條，有與工作面同層位的，有低于工作面層位的，也有穿層布置的。鑒于與工作面層位的不同，分別采用不同的支護方式。與工作面同層位的巷道采用單體配鉸接頂梁進行支護，單體排距800 mm，一梁一柱;比工作面層位低的老巷，采用排設(shè)木垛的方式進行支護;穿層老巷采用排設(shè)木垛配單體鉸接頂梁的方式進行加固。

3.4 支護參數(shù)和方式的優(yōu)化

工作面推進過第一組老巷過程中，發(fā)現(xiàn)過老巷期間人工回撤單體和鉸接頂梁工作量大，回撤單體時間長，影響工作面出煤時間;排設(shè)木垛的巷道木垛回收困難，無法回收的木垛使用會進入煤流，影響煤質(zhì);頂板壓力大時，單體有損壞現(xiàn)象。針對以上問題，通過研究，將單體支護更改為用水泥煤墩進行支護，即在與工作面同層位老巷內(nèi)采用水泥配煤澆筑水泥煤墩的方式進行支護，水泥與煤的比例為1∶2，詳細布置如圖5所示。

通過澆筑水泥煤墩的支護，工作面推進至第二組老巷時得到充分驗證，這種支護方式既能對頂板進行支護，又能減少人工回撤單體和鉸接頂梁環(huán)節(jié)，提升效率和安全性。

4 結(jié)語

本文通過對極復(fù)雜條件下孤島工作面同時過老巷和斷層的技術(shù)研究，確定通過“預(yù)裂切頂泄壓”技術(shù)改變工作面及上下兩巷的采場壓力分布，減少上覆巖層對工作面及兩巷的礦山壓力;結(jié)合地質(zhì)鉆探資料，確定過斷層的最優(yōu)方案;通過澆筑適配硬度的水泥煤墩對老巷進行補強支護，既保證老巷的支護強度，又保證回采過程機組滾筒容易切割;結(jié)合工作面兩巷超前支護參數(shù)的修正優(yōu)化，通過以上“四項措施”確保工作面過斷層期間正常安全推進。

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