推覆体下孤岛综采工作面开采的实践

　摘　要: 孤岛采煤一直是煤矿管理工作中的难点。文章介绍了新集二矿推覆体下孤岛工作面开采采用高强度锚杆、沿空送巷、化学注浆加固和边刷边安装等新技术、新工艺的成功经验,旨在为类似条件下的孤岛工作面开采提供参考。
　关键词: 推覆体; 孤岛工作面; 煤矿开采
　中图分类号: TD82 　　文献标识码: B 　　文章编号: 1671 - 0959 (2005) 0920020202

　新集二矿为国投新集股份有限公司第二对大型现代化矿井, 设计生产能力300 万t/ a。采用主、副、风三立井分水平开拓, 中央并列式通风。矿井井田面积16km2 , 地质储量5133 亿t , 可采储量3103 亿t , 服务年限73a。矿井井田位于淮南复向斜谢桥向斜南翼、颖凤区阜凤推覆体构造中段。推覆体构造将外来老地层下元古界片麻岩、寒武系地层及部分二叠、石炭和奥陶系地层自南向北推覆于原地系统之上, 形成以阜凤逆冲断层为主体的迭瓦
状推覆体构造。推覆体构造附近分支断层发育, 受推覆体构造主应力作用, 煤层中褶曲、断层、层间滑动及煤层挤压变薄带等构造极为发育, 造成井田内煤层在走向和倾向上起伏较大。因矿井东翼采区通风路线较长, 为了完善东翼采区11煤、13 煤开采时的回风系统, 1808 和1812 采空区之间遗留下一块煤柱(1810 工作面) 未采。2003 年下半年着手为东翼采区11 煤、13 煤建立专门的回风系统, 并进行了1810孤岛工作面开采的研究工作, 欲将1810 孤岛工作面的储量解放出来, 取得了良好的经济效益。
1 　1810 工作面开采技术条件
111 　地质概况
1810 孤岛工作面位于矿井中央采区东翼, 上、下部分别为已开采的1806 工作面采空区(2002 年采完) 和1812 工作面采空区(1998 年采完) 。工作面走向长度550m , 倾斜长度110m , 煤层平均厚度313m , 倾角8～16°, 可采储量36 万t 。由于受推覆体构造的影响, 工作面内次一级褶皱构造较发育, 局部煤层呈缓波状起伏; 煤层顶板裂隙发育, 局部顶板较为破碎。巷道共揭露5 条落差大于1m 的断层,对工作面开采影响不大。
　　煤层直接顶为砂质泥岩, 厚611～717m; 老顶为泥岩及煤组成, 厚417～513m; 直接底为泥岩, 厚513～711m。工作面瓦斯绝对涌出量8～10m3/ min。煤尘具爆炸危险性,煤层具自燃发火危险, 发火期为3～6 个月。
112 　工作面巷道布置
1810 孤岛工作面沿煤层顶板共布置回风巷, 运输巷和切眼3 条基本巷道。另外, 为满足瓦斯抽放的需要, 在工作面回风巷内每隔70m 布置一个高位钻场.

113 　采煤方法及回采工艺
为了加快工作面推进速度, 经综合分析比较, 选用走向长壁后退式综合机械化采煤法。回采工艺流程: 割煤移架推溜。当工作面发生片帮时, 采用超前支护方式, 即移架割煤推溜。采取端头斜切进刀, 煤机双向割煤, 往返进两刀。循环进度016mm。作业方式为两采一准, 即中、夜班采煤, 早班检修、准备。114 　工作面设备配备根据开采特点, 工作面配备了MG300 - W1 型采煤机、SGZ- 764/ 500 型刮板输送机和ZZ4800 - 18/ 38 型液压支架; 运输巷配备SZZ - 764/ 160 型转载机、L PS - 1000 型破碎机和2 台SSJ - 1000/ 2 ×110 型胶带输送机。工作面配套能力达800t/ h 以上。
2 　新技术、新工艺的应用
为了尽可能缩短工作面开采时间, 针对该工作面的特点, 开采中应用了一系列新技术、新工艺, 采取了行之有效的针对性措施。
211 　高强锚杆支护技术
为了提高巷道围岩的自承能力, 更好地适应采动应力变形, 工作面运输巷及回风巷均采用了强力锚带网支护技术。断面规格: 运输巷为412m ×218m(净宽×净高) , 回风巷为316m ×218m(净宽×净高) 。设计中巷道顶部采用<20×2000mm 的高强螺纹钢锚杆配合“H”型钢带及锚索进行联合支护, 帮部采用<20 ×2000mm 的普通全锚锚杆配合“H”型钢带支护, 锚杆间、排距均为800mm ×800mm。同时, 为加强对顶板的主动支护, 在巷道顶板沿中线每隔3m布置1 根<15124 ×6500mm 锚索。
212 　沿空掘巷及化学注浆加固技术
为了改善巷道围岩结构的应力状况, 提高资源回收率,在广泛调研、论证的基础上, 应用了留窄煤柱的沿空掘巷技术, 设计将1810 工作面回风巷与1808 采空区之间的区段净煤柱留设3～5m。由于受采动影响, 1810 回风巷外侧煤柱在邻近采空区侧向压力及工作面超前压力的叠加作用下, 整体性遭到破坏, 承载能力降低, 巷道变形较大。煤柱松散、漏风, 区段煤柱的稳定性下降都将对工作面的安全开采构成威胁。为了提高煤体的整体承载能力, 增强煤体抗压强度, 减少围岩变形, 隔断向采空区漏风的通道, 通过分析比较, 选用了PN - 3 型矿用波雷因加固材料对区段煤柱进行注浆加固。沿巷道上帮煤壁布置2 排注浆孔, 上、下排分别距顶、底板800mm , 注浆孔间距2000mm , 孔深1600mm , 孔径42mm , 设计泵压为5～6MPa。化学注浆加固技术的应用,人为地改善了煤柱的物理力学性质, 对煤柱起到了网络骨架、补强及充填密实等作用, 提高了煤柱的承载能力及稳固性, 使锚杆锚固后的窄煤柱具有更高的承载能力, 实现了高强锚网与区段煤柱实体的共同承载。
213 　边刷扩边安装技术
为了缩短工作面安装、准备时间, 工作面首次采用了边刷扩边安装技术。刷扩、安装顺序为: 提前安装好工作面运输巷内的胶带输送机、转载机等综采设备, 再按照由下向上的顺序在切眼内刷扩一架距离安装一架支架; 支架组装及支架运输等工序与刷扩平行作业。支架安装完毕后,撤除刷扩所用的刮板输送机, 在支架下方铺设轨道, 安装工作面刮板输送机及采煤机。所有设备安齐以后, 再进行联合试运转。使用边刷扩边安装技术, 仅用了20d 就完成了所有设备安装及试运转等工作, 只占普通安装工艺所用时间的2/ 3。
214 　加快工作面推进速度
在工作面开采中, 调动了各方面积极因素, 采取了一系列针对性措施, 加快了工作面的推进速度。工作面平均月推进158m , 最高月推进206m , 整个工作面回采时间仅为315 个月, 对工作面的安全开采起到了一定的促进作用。
3 　矿压显现规律分析
工作面开采中, 沿工作面上、下部布置4 个测区。测表为KBJ - 60III - 1 型矿用综采支架数字压力计, 每块表分别测出支架前后立柱的初撑力、工作阻力、末阻力等,根据所测数据分析工作面顶板压力的大小、支架增阻情况,并分析出初次来压步距和周期来压步距, 验证所选支架的合理性。实测结果表明, 工作面上、下部的来压步距基本一致, 初次来压步距45m; 周期来压步距35～40m。支架的平均初撑力2030 ～ 2640kN/ 架, 达到支架额定初撑力(2400kN) 的71 %～95 %; 平均循环末阻力3350～3570kN/架, 达到支架额定工作阻力(4800kN) 的70 %～75 %。初次来压时, 循环末阻力达到支架额定工作阻力的83 % , 周期
来压时, 循环末阻力达到支架额定工作阻力的80 %。工作面来压时, 支架压力急剧上升, 安全阀及时开启, 压力显现明显, 但顶板来压强度不大。实践证明, 工作面所选取的支架工作阻力合理, 能满足安全生产的要求。
4 　开采效果分析
1810 孤岛工作面从2004 年1 月15 日开始组织巷道施工, 6 月10 日进行安装、准备, 7 月1 日开始回采, 10 月15 日安全开采结束, 历时9 个月, 安全回收煤炭资源36 万t , 最高月产量达1416 万t , 经济效益非常显著。
5 　结　语
1810 孤岛工作面的成功开采, 为孤岛工作面开采积累了有益的经验, 即应用新技术、新工艺, 尽可能地缩短工作面掘进准备、安装及回采时间, 以实现工作面的安全生产。