綜放工作面過(guò)復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造帶開(kāi)采技術(shù)

郭星江

（山煤國(guó)際能源集團(tuán)股份有限公司煤業(yè)分公司，太原 030009）

0 引言

受多種復(fù)雜地質(zhì)因素的影響，綜采工作面斷層不但影響了連續(xù)開(kāi)采，導(dǎo)致產(chǎn)量不穩(wěn)，且還會(huì)增大煤炭資源的損失量，無(wú)法保證工作的安全性和有效性。復(fù)雜地質(zhì)綜采工作面存在多條斷層，為了減少?gòu)?fù)雜地質(zhì)條件對(duì)回采工作面的影響，工作人員應(yīng)優(yōu)化工作面的布置工作，將切眼設(shè)計(jì)為刀把形狀，在對(duì)接回采工作面與切眼的基礎(chǔ)上，最大程度地降低影響，保證回采工作的安全高效進(jìn)行，提高煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益[1－2]。

綜采復(fù)雜地質(zhì)力學(xué)性質(zhì)較為特殊，區(qū)域斷層衍生伴隨內(nèi)部發(fā)育推斷較為破碎，國(guó)內(nèi)外學(xué)者提出了多種開(kāi)采理論，但均具備一定的局限性與適用性[3－4]。隨著煤層的開(kāi)采，圍巖應(yīng)力發(fā)生較大變化，圍巖強(qiáng)度也明顯降低，對(duì)此，煤礦企業(yè)應(yīng)在實(shí)測(cè)的基礎(chǔ)上，結(jié)合煤礦地質(zhì)實(shí)際情況劃分構(gòu)造區(qū)域，并優(yōu)化巷道支護(hù)參數(shù)，以保證開(kāi)采工作的順利進(jìn)行[5－6]。本文基于此分析了復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造帶的基本情況，在優(yōu)化布置回采巷道的基礎(chǔ)上，綜合應(yīng)用過(guò)斷層技術(shù)、支架對(duì)接技術(shù)、“刀把”處刮板輸送機(jī)延伸技術(shù)，煤層開(kāi)采全部采用凹型巷道，在降低斷裂構(gòu)造帶影響的前提下，減少割巖量，確定合理的回采方案，提高回采速度，減小對(duì)綜采設(shè)備的損壞程度，在最大程度保證煤炭資源回收率的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)，切實(shí)提高煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。

1 煤礦地質(zhì)情況

某煤礦開(kāi)采區(qū)整體呈現(xiàn)出單斜構(gòu)造，位于煤田西南部方向，東部略出現(xiàn)起伏結(jié)構(gòu)，但整體處于平緩狀態(tài)，由東向西逐漸傾斜。由北向南的走向中，井田呈現(xiàn)出平緩趨勢(shì)，大部分地段為平緩，不具備較大且傾角。中部與西部地段相較陡峭，傾角較大。當(dāng)前開(kāi)采25#煤層，煤層平均厚度可達(dá)11.2 m，下部煤層并未開(kāi)采，厚度在3～25 m范圍內(nèi)。當(dāng)前煤層開(kāi)采工作面地面多為黃土臺(tái)地沖溝及耕地，煤層埋深可達(dá)200 m，工作面南部為二采區(qū)大巷，西部為實(shí)體煤，北部為礦界，東部為采空區(qū)。整條工作面開(kāi)采走向長(zhǎng)度為740 m，傾斜長(zhǎng)度可達(dá)150 m。工作面整體呈現(xiàn)出單斜構(gòu)造，由南向北走向，開(kāi)采范圍為16條斷層，企業(yè)利用無(wú)線(xiàn)電波進(jìn)行探測(cè)，劃分場(chǎng)強(qiáng)值。

根據(jù)勘測(cè)結(jié)果可知，揭露兩邊斷層分別為19 m與20 m，并伴隨多個(gè)衍生小斷層，在工作面內(nèi)部斷層發(fā)育，區(qū)域斷層衍生伴隨內(nèi)部發(fā)育推斷較為破碎。由測(cè)定結(jié)果可知，斷層發(fā)育良好，區(qū)域場(chǎng)強(qiáng)值出現(xiàn)較大衰減，但完整性較差。

2 復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造帶分析

煤層平均厚度為11.2 m，下部煤層并未得到開(kāi)采，厚度約為3 m，層間平均距離為15 m。工作面順槽長(zhǎng)度為890 m，運(yùn)輸順槽掘進(jìn)期間間距切眼位置長(zhǎng)度在356～466 m范圍內(nèi)。受斷層影響，掘進(jìn)至25#煤層時(shí)，工作面揭露16條斷層，其中大于10 m的斷層為3條，高度落差為13 m，這3條斷裂構(gòu)造對(duì)煤層回采工作影響較大，具體運(yùn)輸順槽測(cè)量情況如圖1所示。

圖1 運(yùn)輸順槽實(shí)測(cè)剖面

3 綜放工作面過(guò)復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造帶開(kāi)采技術(shù)

3.1 優(yōu)化布置回采巷道

受斷層影響，煤礦東采區(qū)原設(shè)計(jì)回采巷道不符合當(dāng)前開(kāi)采情況，為了最大程度地獲得煤炭資源，應(yīng)改變?cè)邢锏啦贾梅绞剑黾又虚g巷，形成回采巷道正、反“刀把式”布置方式。

3.2 過(guò)斷層技術(shù)

開(kāi)采區(qū)域受斷層因素的影響，局部開(kāi)采區(qū)間出現(xiàn)煤壁片幫、頂板破碎等問(wèn)題，斷層上盤(pán)下降，揭露了煤層頂板。為了保證作業(yè)人員安全，杜絕頂板事故問(wèn)題，開(kāi)采人員應(yīng)合理采用以下措施：（1）工作面頂板與煤壁片幫等受斷層因素影響較大的區(qū)域，工作面在維護(hù)幫頂時(shí)應(yīng)采用打錨桿方法，當(dāng)工作面片幫大于0.5 m時(shí)，應(yīng)停機(jī)打錨，或者利用木板等材料完成封頂工作；（2）為了避免斷層上盤(pán)下降問(wèn)題，應(yīng)利用開(kāi)幫響炮挑棚梁方法，采用放炮方式落煤，并揭露頂板，當(dāng)開(kāi)幫處出現(xiàn)頂幫破碎問(wèn)題時(shí)，工作人員在布置走向時(shí)應(yīng)采用架棚方法。

3.3 改造后部刮板運(yùn)輸機(jī)

煤層開(kāi)采工作面的壓力較大，出現(xiàn)較多斷層與頂板破碎問(wèn)題，為頂板支護(hù)工作帶來(lái)諸多難題，加大了液壓支架的移放難度。頂板冒落與破碎嚴(yán)重影響了煤炭的正常開(kāi)采流程，在運(yùn)輸煤矸時(shí)只可以采用尾部刮板機(jī)設(shè)備，延長(zhǎng)了開(kāi)采周期。尤其在開(kāi)采“刀把”區(qū)域時(shí)，工作面變短，設(shè)備尾溜與維護(hù)難度加大。對(duì)此，開(kāi)采人員應(yīng)改造刮板運(yùn)輸機(jī)，拆卸后部機(jī)尾動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置，使刮板運(yùn)輸機(jī)采用單電機(jī)驅(qū)動(dòng)模式，機(jī)頭傳動(dòng)，之后罩住外露鏈輪軸組，注油潤(rùn)滑，拆卸機(jī)尾過(guò)渡槽，加工對(duì)接特殊搭接板與機(jī)尾架，降低尾部鏈輪高度，以便液壓支架的維護(hù)效果。

3.4 支架對(duì)接技術(shù)

回采綜采工作面時(shí)，工作人員布置“刀把”形式，對(duì)接探巷與走向方向的探巷時(shí)，應(yīng)合理布置支架間距[7]。在開(kāi)采傾斜探巷時(shí)，工作人員調(diào)整支架時(shí)應(yīng)采用單體液壓支柱，將傾斜方向內(nèi)的探巷液壓支架推拉頭全部解開(kāi)，保證下移液壓支架。之后還應(yīng)保證配合架缸尺寸的合理性，在對(duì)接處調(diào)整液壓支架，遵循由上至下的順序，保證靠緊。工作人員在調(diào)整支架時(shí)，應(yīng)在兩部支架適當(dāng)位置安裝調(diào)架缸，根據(jù)要求連接安全繩，之后連接缸體的液壓管路與液壓支架閥組，上好卡具。在連接好液壓管路與閥組后，一名工作人員在安全地點(diǎn)推拉缸體，緩慢移動(dòng)支架閥把，另一名工作人員在安全地點(diǎn)觀察推拉缸的支設(shè)狀態(tài)，一旦發(fā)現(xiàn)安全隱患問(wèn)題，應(yīng)及時(shí)停壓操縱閥，合理處理。

3.5 “刀把”處刮板輸送機(jī)延伸技術(shù)

回采對(duì)接“刀把”煤層時(shí)，開(kāi)采人員應(yīng)先將刮板輸送機(jī)的溜尾解體，之后將中部板向后延伸，保證對(duì)接良好性。開(kāi)采人員在解體溜尾時(shí)應(yīng)采用手拉葫蘆方法，利用緊鏈裝置松弛刮板鏈，之后斷開(kāi)刮板鏈，鎖住上下刮板鏈，避免下滑。之后根據(jù)物料的運(yùn)輸操作流程，工作人員將物料運(yùn)輸至指定位置，在放穩(wěn)后安裝中部板。之后工作人員采用單體輔助支撐模式，連接刮板鏈的用時(shí)調(diào)整方向，并利用張緊裝置張緊刮板鏈，在將刮板鏈防鎖裝置解開(kāi)后進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)。

4 綜采工作面回采技術(shù)方案

4.1 方案一

工作人員調(diào)換開(kāi)采面運(yùn)輸順槽、回風(fēng)順槽，并在25#煤層距離切眼350～470 m，確定斷層影響區(qū)域，并補(bǔ)打凹型巷道，保證長(zhǎng)度為120 m。之后在斷層上盤(pán)處補(bǔ)打二切眼，在回采至距離切眼732 m處，工作面停止開(kāi)采。

此方案中，在煤層中開(kāi)采全部凹型巷道，降低斷裂構(gòu)造的影響程度，減少割巖量。同時(shí)，在布置開(kāi)采方案時(shí)還應(yīng)采用“刀把式”結(jié)構(gòu)，保證18萬(wàn)t的回采煤量，回采進(jìn)度較快，對(duì)綜采設(shè)備的損壞較小。但此方案需要新補(bǔ)約400 m的巷道。

4.2 方案二

此煤礦回采時(shí)直接沿著巷道進(jìn)行，不需重新補(bǔ)打巷道，但這也無(wú)法保證煤層開(kāi)采工作面的安全性與合理性。且工作面具備較大量的割巖量，嚴(yán)重?fù)p耗了回采設(shè)備，降低了回采速度，增大了斷層預(yù)計(jì)影響范圍[8]。

根據(jù)上述實(shí)際開(kāi)采情況比較兩個(gè)開(kāi)采方案，方案一中煤層開(kāi)采在同一巷道內(nèi)進(jìn)行，多工種進(jìn)行回采與掘進(jìn)工作，降低開(kāi)采工作面中后部對(duì)回采的影響程度。之后開(kāi)采人員調(diào)換回風(fēng)順槽與運(yùn)輸順槽，縮短巷道的安全開(kāi)采距離。同時(shí)，為了解決遠(yuǎn)距離供電問(wèn)題，部分地段還應(yīng)進(jìn)行擴(kuò)幫。方案二中工作面煤礦割巖量為6萬(wàn)t，全巖段采用松動(dòng)爆破模式，嚴(yán)重?fù)p壞了回采設(shè)備，無(wú)法保證開(kāi)采的安全性與合理性。

比較分析后回采工作最終采用方案一進(jìn)行，保證回風(fēng)順槽與運(yùn)輸順槽的整體調(diào)換，擴(kuò)幫原回風(fēng)順槽至4.5 m。之后根據(jù)斷層影響區(qū)域，在原運(yùn)輸順槽距離切眼350～470 m，重新補(bǔ)打凹型巷道，長(zhǎng)度為120 m，最大程度地降低地段構(gòu)造對(duì)回采的影響，減少切眼范圍內(nèi)割巖量。除此之外，還應(yīng)在高度為20 m的斷層上重新補(bǔ)打二切眼，完成回采工作后重新補(bǔ)打二切眼，完成拆架與移架工作，增加了進(jìn)110 m的回采長(zhǎng)度，增加了17.4 t開(kāi)采煤量。

5 綜合效益分析

一方面是經(jīng)濟(jì)與技術(shù)方面獲得的效益，比較分析后確定回采工作采用方案一，最大程度地降低構(gòu)造段對(duì)開(kāi)采工作面的影響，保證開(kāi)采工作的安全性與高效性，為不規(guī)則工作面的開(kāi)采工作提供技術(shù)支持，提高煤礦資源的回收率。在采用方案一開(kāi)采后，煤礦多開(kāi)采優(yōu)質(zhì)煤約17.4 t，假設(shè)煤礦單價(jià)為680元/t，成本為300元/t，則可以獲利6 612萬(wàn)元。另一方面是社會(huì)效益，煤礦開(kāi)采應(yīng)用復(fù)雜構(gòu)造技術(shù)后，可以為同類(lèi)型工作面的開(kāi)采工作提供依據(jù)，保證開(kāi)采設(shè)計(jì)模型的合理性，在最大程度保證煤炭資源回收率的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了安全生產(chǎn)，降低了企業(yè)的生產(chǎn)成本，為企業(yè)帶來(lái)良好的社會(huì)效益。

6 結(jié)束語(yǔ)

本文分析了復(fù)雜地質(zhì)條件下綜采工作面存在的開(kāi)采問(wèn)題，在實(shí)地勘察的基礎(chǔ)上，優(yōu)化布置回采巷道，并綜合應(yīng)用過(guò)斷層技術(shù)、支架對(duì)接技術(shù)、“刀把”處刮板輸送機(jī)延伸技術(shù)等，在比較回采巷道方案的基礎(chǔ)上，確定開(kāi)采工作全部采用凹型巷道，降低斷裂構(gòu)造的影響程度，減少割巖量。且還應(yīng)采用“刀把式”回采結(jié)構(gòu)，在降低綜采設(shè)備損壞度的基礎(chǔ)上，加快回采速度，以順利完成煤層工作的生產(chǎn)任務(wù)，為此后類(lèi)似復(fù)雜地質(zhì)條件下的綜采工作提供了更多借鑒依據(jù)。