綜采工作面變薄區(qū)施工工藝研究

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1工作面概況

某煤礦綜采工作面處于西南區(qū)域，走向長度為2233m，傾向長度為140.8m，煤層結(jié)構(gòu)簡單穩(wěn)定[1]，厚度為1.2～3.7m，平均厚度為2.9m，此煤層包含煤層變薄帶，厚度為13～1.6m。綜采工作面采用長壁后退采煤方法，且使用雙滾筒采煤機(jī)進(jìn)行割煤，割煤截深度為800mm，且采用一次性采全高方式，采用不垮落法處理頂板。工作面采用中間液壓支架與過渡支架進(jìn)行頂板保護(hù)，且采用為交流電牽引采煤機(jī)進(jìn)行落煤，利用轉(zhuǎn)載機(jī)與刮板運(yùn)輸機(jī)運(yùn)輸煤炭[2]。由綜采工作面的平面圖可以看出，回采至皮帶機(jī)道前7.2m時(shí)，距離落差5m的斷層構(gòu)造影響變薄區(qū)域剩余115m，煤層結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定，每天開采4m，40天后進(jìn)入構(gòu)造影響區(qū)。完成綜采工作面的安裝工作后，距離材料附近斷層構(gòu)造帶變薄影響區(qū)域剩余170m，每天4m，43天之后進(jìn)入構(gòu)造影響區(qū)。

2綜采工作面過煤層變薄區(qū)開采方案

2.1技術(shù)設(shè)備改造

為了提升電牽引采煤機(jī)的生產(chǎn)效率，增強(qiáng)采煤機(jī)在破巖期間的穩(wěn)定性，企業(yè)應(yīng)增加采煤機(jī)的自身重量。本采煤機(jī)的質(zhì)量為42t，采用配重鐵塊的方法，配重質(zhì)量為5.7t，有效提高了采煤機(jī)的割煤破巖效率。同時(shí)，過變薄區(qū)期間[3]，頂板壓力會(huì)導(dǎo)致工作面煤壁出現(xiàn)片幫問題，需要人工處理破碎的煤塊。此時(shí)應(yīng)在轉(zhuǎn)載機(jī)入口位置安裝氣動(dòng)風(fēng)鎬，以有效吹散碎研石或煤塊。除此之外，還應(yīng)更換高強(qiáng)截齒，以有效增強(qiáng)采煤機(jī)的割研能力。當(dāng)煤層高度低于2.4m時(shí)，應(yīng)采用跟底板破頂?shù)母蠲悍椒ǎ捎酶邚?qiáng)度截齒，提升破研效率。

2.2超前自激振蕩脈沖水射流預(yù)裂

綜采工作面在過變薄區(qū)期間破巖量可以達(dá)到0.8m，采煤機(jī)出現(xiàn)劇烈搖擺，以致割煤效率較低，采煤機(jī)受到破巖影響出現(xiàn)損壞問題。之后開采人員根據(jù)綜采工作面煤層底板的條件與煤層高度確定超前預(yù)裂方案，利用自激振蕩脈沖水射流技術(shù)預(yù)裂改造大面積煤層[4]。通過增加煤體與巖體裂隙的方法超前預(yù)裂破碎巖體，提升割煤效率。根據(jù)煤層的實(shí)際變化情況，應(yīng)在高2.4m的薄煤層區(qū)段布置鉆孔，利用多功能水力預(yù)裂設(shè)備對(duì)煤層進(jìn)行超前預(yù)裂。一是采用高壓脈沖預(yù)裂技術(shù)，在工作面回風(fēng)順槽布置工作點(diǎn)，并向煤層中打一個(gè)垂直煤層走向的預(yù)裂深鉆孔，長度約為120m，預(yù)留20m的保護(hù)線。打完鉆孔后將預(yù)裂器推送至孔內(nèi)指定位置。在檢查裝置安全可靠性的基礎(chǔ)上，啟動(dòng)裝置，由內(nèi)向外水平定向切割煤層。在切割達(dá)到回風(fēng)順槽指定位置后，在孔內(nèi)取出預(yù)裂器，并進(jìn)行下一個(gè)孔的預(yù)裂工作。二是采用水壓致裂裂化工藝，定向水平切割預(yù)裂孔，之后在孔內(nèi)進(jìn)行水壓預(yù)裂，并在距離孔口20m進(jìn)行封孔，啟動(dòng)裝置對(duì)煤層進(jìn)行超前預(yù)裂破碎[5]。

2.3過變薄區(qū)施工工藝

在過綜采工作面薄煤層時(shí)，為了確保安全快速的通過變薄區(qū)段，施工人員應(yīng)采用單向割煤方法，且改變施工工藝，由刮板運(yùn)輸機(jī)機(jī)尾向機(jī)頭進(jìn)行割煤，待采煤機(jī)運(yùn)行至機(jī)尾后再推溜子，在提升割煤破研效率的基礎(chǔ)上防止采煤機(jī)機(jī)身的研石堆積問題，提升生產(chǎn)效率。

3綜采工作面過煤層變薄區(qū)開采優(yōu)點(diǎn)

首先，開采期間增加了采煤機(jī)的自身重量，可以有效確保破巖期間的穩(wěn)定性，在為采煤機(jī)配置重塊后，采煤機(jī)自身穩(wěn)定性得到明顯提升，有效確保了過變薄區(qū)割煤破巖效率[6-7]。同時(shí)，在破巖期間，采煤機(jī)減少了劇烈震動(dòng)的頻率，降低了設(shè)備的損壞率，節(jié)省了一定的施工成本。其次，施工人員根據(jù)地質(zhì)現(xiàn)場條件計(jì)劃性的預(yù)裂鉆孔煤層，降低了巖石的硬度，避免綜采設(shè)備的損傷問題，提升了回采速度，可以高效安全的通過變薄區(qū)，提高了回采速度。最后采用單向割煤方法，由刮板運(yùn)輸機(jī)機(jī)尾向機(jī)頭進(jìn)行割煤，且采煤機(jī)由機(jī)頭向機(jī)尾跑空刀，待采煤機(jī)運(yùn)行至機(jī)尾后推溜子，計(jì)算現(xiàn)場的實(shí)際割煤量，每刀可節(jié)約40min，提升了運(yùn)行效率。

4綜采工作面過變薄區(qū)施工安全技術(shù)分析

4.1預(yù)防頂板事故技術(shù)

一是工作人員根據(jù)地質(zhì)預(yù)報(bào)信息發(fā)現(xiàn)變薄區(qū)域與工作面斜交，回采至變薄區(qū)域時(shí)，局部段支架頂梁上方的煤層較薄，回采期間應(yīng)做好頂板及煤層厚度的探測工作，以防割煤期間出現(xiàn)大面積的頂煤空頂問題，防止出現(xiàn)支架失穩(wěn)與倒架問題。二是工作面過煤層變薄期間，煤層厚度由7.8m變?yōu)?.8m，局部出現(xiàn)鼓包問題，此時(shí)應(yīng)采用破底或破頂措施，確保工作面采高符合標(biāo)準(zhǔn)要求。三是值班人員應(yīng)實(shí)時(shí)匯報(bào)煤層的厚度情況，做好頂煤的防脫落工作。四是當(dāng)工作面頂煤厚度小于1m時(shí)，應(yīng)采用防頂煤脫落措施。采煤機(jī)通過時(shí)只可以割底煤，以防出現(xiàn)空頂問題。且移架應(yīng)做到一步到位，以防出現(xiàn)二次移架松動(dòng)頂煤的問題，且在移架到位后立即升緊支架。同時(shí)，還應(yīng)在工作面變薄帶支架頂梁上方鋪設(shè)金屬網(wǎng)，以便管理工作面的破碎頂板。且工作面應(yīng)向煤層底板推進(jìn)，當(dāng)出現(xiàn)軟底板問題時(shí)應(yīng)將木料墊在支架底座下方，以防支架下陷導(dǎo)致空頂問題。五是在過變薄帶時(shí)，應(yīng)做好支架的管理工作，將煤層采高控制在2m，嚴(yán)禁超高，且支架應(yīng)保持平直，不擠、不咬。

4.2防突及瓦斯安全技術(shù)

一是當(dāng)采煤工作面出現(xiàn)瓦斯突出事故后應(yīng)及時(shí)根據(jù)防突安全技術(shù)規(guī)定執(zhí)行安全避災(zāi)路線。二是過變薄區(qū)時(shí)，工作人員應(yīng)強(qiáng)化瓦斯突出的敏感性，當(dāng)發(fā)現(xiàn)煤體硬度變化、煤面外移、瓦斯突變、煤巖自行剝落、煤層粉碎以及支架壓力增加等問題時(shí)，工作面應(yīng)立即停止作業(yè)，及時(shí)撤出工作人員，并向調(diào)度室匯報(bào)相關(guān)情況。

4.3工作面破頂?shù)装骞陌踩夹g(shù)

第一，煤層變薄帶的厚度變化較大，很容易出現(xiàn)底板鼓包問題，此時(shí)應(yīng)確保支架的平直性，局部進(jìn)行破頂處理。第二，當(dāng)巖石出現(xiàn)鼓包問題時(shí)，工作面應(yīng)采用采煤機(jī)直接截割，減少牽引速度，并采用打眼爆破的方法進(jìn)行破巖。第三，當(dāng)遇到黃鐵礦結(jié)核時(shí)，應(yīng)采用松動(dòng)爆破處理措施，嚴(yán)禁采煤機(jī)強(qiáng)行截割，以免損害截齒。第四，爆破巖石鼓包應(yīng)嚴(yán)格按照炮眼布置示意圖確定炮眼位置與角度，并利用舊皮帶包裹管線與電纜，以免崩壞[8-9]。第五，采煤工作面應(yīng)布置三花眼，距離不得超過0.5m，且為了防止煤壁片幫問題，拉炮長度應(yīng)控制在1～3m。第六，破巖應(yīng)采用正向裝藥爆破方法，且每眼裝一個(gè)水炮泥，其余段采用黃土炮泥全封，封泥長度不得小于炮眼深度的1/2。第七，應(yīng)嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)定執(zhí)行遠(yuǎn)距離放炮停電制度，工作面放炮時(shí)，跟班隊(duì)長負(fù)責(zé)將放炮地點(diǎn)安排在工作面下安全口往外不少于100m的壓風(fēng)自救處。放炮30min后，安檢員、放炮員以及隊(duì)長需要做好炮點(diǎn)通風(fēng)、瓦斯以及煤塵等情況的了解工作，確保無危險(xiǎn)后，安檢人員通知跟隊(duì)班長恢復(fù)工作。第八，做好破巖段的管理工作，嚴(yán)格控制支架采高，以防導(dǎo)致擠架、咬架等現(xiàn)象。第九，爆破后需要認(rèn)真檢查爆破情況，當(dāng)發(fā)現(xiàn)因連線不良導(dǎo)致拒爆問題時(shí)，應(yīng)重新連線進(jìn)行起爆。且嚴(yán)禁有炮眼處取出原放置的起爆藥卷，嚴(yán)禁利用打眼的方法向外掏藥。在處理拒爆炮眼后，工作人員應(yīng)詳細(xì)檢查炸落的煤炭與矸石，收集未爆炸的雷管。

4.4煤質(zhì)管理技術(shù)

一方面，在過變薄區(qū)期間，當(dāng)工作面出現(xiàn)巖石鼓包問題時(shí)，應(yīng)強(qiáng)化煤質(zhì)的管理勾走，指派專門撿矸石，并將其堆放在巷道幫內(nèi)，且交接期間，調(diào)度室應(yīng)做好矸石的集中運(yùn)輸與分離工作。另一方面，但工作面需要大面積破巖時(shí)，應(yīng)確保矸石的集中運(yùn)輸，并調(diào)度平衡，做到出煤不出矸，出矸不出煤，充分保障煤炭的質(zhì)量。

5結(jié)束語

某煤礦綜采工作面薄煤層厚度為650～1300m，煤層長度為650m，厚度為1.3～1.6m，預(yù)計(jì)施工周期為194天，實(shí)際施工周期為160天，提前完成回采任務(wù)。相較以往的綜采工作面過變薄區(qū)方法，煤礦企業(yè)調(diào)整了現(xiàn)場的開采技術(shù)，并及時(shí)更換了采煤機(jī)等相關(guān)設(shè)備，改變了以往循環(huán)割煤作業(yè)模式，在加快工作面推進(jìn)度的基礎(chǔ)上縮短了單循環(huán)時(shí)間，可以快速安全的通過變薄區(qū)。且這些經(jīng)驗(yàn)為此后液壓支架、采煤機(jī)等設(shè)備快速通過變薄區(qū)，提供了更多的借鑒。

作者：房利明 單位：山焦汾西曙光煤礦