極軟巖“孤島”綜放面回采技術探索與實踐

王寶權(quán) 郭宏峰 孫東華 張永生

摘 要：小康煤礦自然地質(zhì)條件為高應力、強膨脹的極軟巖，屬國內(nèi)外罕見，S2S1綜放面左、右和前部都是采空區(qū)，屬于典型的“孤島”回采工作面。采場在生產(chǎn)過程中受采空區(qū)的影響非常大，為應對生產(chǎn)中出現(xiàn)的問題，采取了小步快走、托頂施工、整體補強、加固圍巖等一系列管理技術，并研制、應用新型適用狹小巷道的出貨運輸設備，確保了生產(chǎn)持續(xù)、可控，為類似條件下的極軟巖綜放面“孤島”回采提供了寶貴的生產(chǎn)經(jīng)驗。

關鍵詞：極軟巖礦井綜放面 ; ?“孤島”回采; ?生產(chǎn)技術管理

1 ?極軟巖情況簡介：

鐵煤集團小康煤礦自然地質(zhì)條件為高應力、強膨脹的極軟巖，屬國內(nèi)外罕見。煤層屬于節(jié)理、層理發(fā)育的松軟巖層，變形特征主要表現(xiàn)為碎脹;煤層頂板為油頁巖，以泥質(zhì)為主，遇水泥化，風化后成為片狀，干后粉碎崩解，不易維護;煤層底板的粉沙巖，泥質(zhì)膠結(jié)，具有遇風、遇水風化、膨脹。圍巖泥質(zhì)成分含量大，含大量膨脹性粘土礦物，水穩(wěn)定性差，具有強膨脹性和較大的可塑性，崩解速度和崩解率均較大，巷道開挖后，圍巖易于吸水風化而使其強度迅速下降，自承能力較差。

2 ?S2S1 “孤島”綜放工作面概況

2.1 ?工作面概況：

S2S1綜放面東側(cè)有S2S2段綜放面采空區(qū)（2009年6月末回采完畢），西側(cè)有S2W1段綜放面采空區(qū)（2012年7月末回采完畢），北鄰S1W1采空區(qū)（1993年5月末回采完畢），故本綜放面三面受相鄰工作面的采動壓影響，屬于典型的“孤島”工作面開采。該工作面長度225m，有效推進長度382m，回采面積85950m2;采高6.90m（機采采高2.90m，放煤高度4.00m，采放比1：1.38）;煤層賦存于-560m～-600m之間，傾角為5°～7°，煤層由13～19個自然分層組成的復合結(jié)構(gòu)煤層，總厚最大達8.3m，煤層中夾石一般為泥巖，深灰色，泥質(zhì)膠結(jié)，質(zhì)軟、遇水泥化。自然發(fā)火期1～3個月，最短21天。

綜放面的運、回順槽沿煤層底板掘進，平行布置，均采用圓形斷面36U金屬棚支護，回風巷（兼運物料）;運輸巷（兼運輸煤炭）為機軌合一，靠工作面內(nèi)側(cè)鋪設軌道，放置串車，外側(cè)鋪設膠帶輸送機。

2.2. ?采煤方法：

工作面采用傾斜長壁仰斜后退式綜合機械化放頂煤的采煤方法。落煤方式為下部用采煤機落煤，上部靠煤層自然冒落放出。循環(huán)進度為0.7m，放煤方式為一采一放，放煤順序為追機放煤，放煤方法為三輪放煤法，分三次將煤放凈，即采用三輪，間隔、順序、等量放煤，盡量使放頂煤保持均勻下降，以減少混矸，提高回收率，移架時直接帶動后部運輸機前行。

3 “孤島”綜放面回采遇到的問題及采取應對技術

3.1 工作面兩順的生產(chǎn)管理技術

S2S1工作面兩順巷道支護受采動壓的影響，礦壓顯現(xiàn)十分明顯，影響范圍近260米，該區(qū)域底鼓量非常大，達到700mm/d，為此需要大量人員進入動壓影響區(qū)域進行翻修、拉底等工作。由于巷道底鼓量極大，巷道兩側(cè)收斂速度極快，支護幾乎被壓垮，巷道斷面經(jīng)常無法滿足基本生產(chǎn)要求，給行人和通風都帶來隱患，為此采取了以下聯(lián)合方法去應對。

1、兩順安排多支隊伍進行翻修工作，采取擴斷面，換支架，保證最大的支護強度和最低使用斷面。翻棚茬之間必須順向施工，不能相向施工，否則在合茬時頂板會急速下沉，出現(xiàn)掉頂、漏貨現(xiàn)象，造成合茬處舊棚被壓垮，容易將巷道內(nèi)的設備壓住，并堵死巷道。經(jīng)過試驗，最終確定每個翻棚茬長度控制在20架棚以內(nèi)（棚距0.6米），采取小步快走的施工方法，爭取一周合茬一次，同時為加快翻修速度和保證較高得到支護強度，采用了架設36U金屬拱棚和外噴混凝土聯(lián)合的支護方式。

2、翻修架棚時執(zhí)行托頂施工的方法，即架設新棚時，多往底板臥，盡量不破壞原有巷道頂部的錨噴層，讓巷道原有的錨桿、錨索和錨噴層殘余的支護強度再次參與到翻修后的支護中。即保證了翻修時幫頂圍巖的穩(wěn)定，減少圍巖的流變程度，又增加了二次翻修后的支護強度，延長的巷道的使用壽命。以往綜放工作面兩順支護要經(jīng)過兩次翻修才能滿足生產(chǎn)使用，現(xiàn)在只需一次翻修就可以滿足回采需求，減少了一遍巷道的翻修次數(shù)，有效降低了回采成本。

3、對兩順動壓影響區(qū)域外的巷道及時采取噴漿補強，進一步封閉圍巖，同時打密集錨索（錨桿）和“開幫泄壓”等綜合技術及時補充、提高巷道的支護強度，控制棚子變形收斂的速度，確保工作面生產(chǎn)所需的斷面要求。

（1）、充分提高圍巖自身承載強度，提高巷道支護強度。在兩順的頂板、巷幫及底腳補打3～4根補強錨索，頂板錨索長度為7.3m，兩幫與底腳打4.0m的長錨桿，進行深部錨固，將松散的表面煤（巖）體與深部完整沒變形的煤（巖）體錨固成一個整體，加大承重梁的厚度，增強巷道支護強度。

（2）、當金屬棚受兩幫側(cè)壓影響起尖時，則在該區(qū)段的兩肩部打錨索，用以抵抗兩幫側(cè)壓;當金屬棚受頂、底板壓力影響，頂梁被壓平時，則在該區(qū)段則打中心頂子，用以抵抗頂、底板方向來的壓力。

3.2 工作面三角點管理技術

1、對前后三角點頂板破碎地點采取注巖體加固劑方式提前加固煤體。利用加固劑本身具有較高的親合力與粘性，使?jié){液與巖體裂隙表面產(chǎn)生較大的物理粘結(jié)作用力，提高破裂體的強度，改善破裂巖體的變形性能。注漿固結(jié)體表現(xiàn)為較強的抗變形和承載性能，破碎的煤巖體最終形成煤（巖）塊，提升了煤體的強度和完整性，杜絕了前后三角點掉頂、漏貨現(xiàn)象，確保了生產(chǎn)可持續(xù)和順暢。具體施工方法如下：

沿工作面向前方打注注漿鐵管，4分注漿鐵管長度為4.0m，孔深4.0m，外露長度0.3m。眼距為1.5米。距頂板下0.2米處二肋開孔， 向上仰角20°。采用ZBQ—5/12型氣動注漿泵，按1：1的比例通過注漿管進行圍巖加固;注漿順序遵循由下至上，由近至遠的原則。預先加固了三角點幫頂后，對破碎煤巖體起到補強加固、充填密實作用，人為地改善了松軟破碎煤巖體的物理力學性能，保證了頂板及煤壁完整性，使工作面做機頭和機尾工作時間大為縮短，既保證了安全，也使生產(chǎn)環(huán)節(jié)變得順暢。

2、由于后三角點壓力特別集中，頂板非常破碎，經(jīng)常出現(xiàn)棚梁被壓彎、巷道斷面狹小，高度不足，導致機尾支架的尾梁升不到指定高度，出現(xiàn)尾梁壓后部運輸機電機、減速機的情況。針對這種情況，采取加強超前支護的施工質(zhì)量，提高超前支護的強度，提前翻換梯形金屬棚，同時盡最大程度減少后三角點棚梁的支護跨度，從而杜絕了梯形棚梁被壓彎而變低的問題。

3.3 工作面回采管理技術

1、加強工作面工程質(zhì)量，調(diào)整好機頭、機尾的長度，避免頻繁竄動。杜絕倒架、擠架、咬架的現(xiàn)象，支架前梁的間隙符合規(guī)定，嚴格執(zhí)行帶壓擦頂移架和超前移架，減少懸頂面積和頂板暴露時間，能超前拉架的地段要超前拉架維護，及時撐開護幫板，減少空幫空頂時間，最大程度保證幫頂完好。

2、加強放煤管理，嚴禁不能超高放煤，機頭機尾五組支架范圍內(nèi)禁止放煤，當三角點幫頂漏貨、掉頂時，兩順上幫的棚腿不得提前回收，等采煤機退出后，再回棚腿，減小三角點暴露的煤體面積。

3.4 狹小巷道出貨管理技術

1、S2S1回順斷面小，無法安裝拉底運貨設備，但是拉底出貨量又比較大，傳統(tǒng)做法需要依靠人把貨裝入編織袋內(nèi)再往外背，不僅效率低下，而且工人勞動強度大。為扭轉(zhuǎn)這一被動局面，研制并應用了風動式小型帶式輸送機，解決了極軟巖礦井因為礦壓作用導致巷道斷面狹小，拉底出貨難的問題。該風動型固定帶式輸送機具有重量輕，搬運方便，占地面積小，運營費用低，使用維護方便等特點，并且使用壓風作為動力源，能滿足水平、提升、下運等條件的輸送形式，獲得了良好的效果。該帶式輸送機的整機由以下主要部件組成：輸送帶、驅(qū)動裝置、滾筒，托輥，拉緊裝置機架，導料槽，清掃器，等組成。

4、結(jié)束語

極軟巖煤礦“孤島”綜放工作面回采在全國尚屬首次，由于沒有經(jīng)驗可循，開采伊始由于兩順受采空區(qū)等綜合壓力聯(lián)合作用，距工作面180米以內(nèi)兩順的36U金屬棚幾乎全被壓垮，巷道斷面不足2㎡，人員需要爬行，設施設備被壓住，通風斷面嚴重不足，給生產(chǎn)帶來了極大的困難，經(jīng)過現(xiàn)場多次試驗總結(jié)，成功地摸索出以上種種極軟巖綜放面“孤島”回采管理綜合技術，從而確保了原煤穩(wěn)定、持續(xù)生產(chǎn)，并且降低了生產(chǎn)成本。該套綜合管理技術填補了我國煤炭生產(chǎn)史上一項空白，也推進了我國極軟巖綜放面在“孤島”回采方面技術的發(fā)展！

作者簡介：

王寶權(quán)（1974-），男，工程師，2010年畢業(yè)于遼寧省工程技術大學采礦專業(yè)，現(xiàn)任小康煤礦生產(chǎn)科工程師。曾在各種刊物發(fā)表論文15篇。