大埋深薄基岩条件下底分层工作面回采技术研究

张立文　付玉斌

摘要：本文介绍了河南能源化工集团焦煤赵固一矿东一盘区11111工作面下分层11112工作面在埋深大、顶板松散层厚度大、顶板基岩薄等特点的地质情况下，通过采用注浆加固煤墙、顶板、煤层及顶板注水、规范现场操作、强化支架检修等措施。解决了顶板冒落、煤墙片帮、顶板空顶掉矸、工作面推进困难等问题。

关键词：赵固一矿；大埋深；底分层工作面；回采技术

赵固一矿生产地质条件复杂，井深、冲积层厚、基岩薄、地压大、水压高、顶底板水患严重、煤层顶板稳定性差，随着矿井东翼地区顶分层煤开采范围逐步加大，顶分层工作面接替较为紧张，为保证矿井生产正常，亟需对矿井底分层进行开采。根据赵固一矿东一盘区顶分层工作面回采期间矿压显现情况，煤层顶板板梁结构不明显，上下顺槽超前影响范围大，上覆基岩自稳性差，架后冒落矸石为泥团状结构，预计开采二分层时，因再生顶板完整性差，顶底板破坏深度会加大，安全回采难度将增大，而目前国内煤矿多采用放顶煤开采工艺回采煤炭，类似井田地质条件下可借鉴底分层煤开采技术经验较少，底分层开采技术已成为制约赵固一矿安全生产发展的瓶颈。

一、工作面概况及回采过程中存在的主要问题

（一）工作面概况

赵固一矿位于焦作煤田东部、太行山南麓。本井田煤系地层上部被巨厚新生界地层覆盖，新生界地层平均厚480m，煤层埋藏深度平均580m。本文主要研究的11112工作面为赵固一矿东一盘区11111工作面下分层工作面，北邻东翼回风大巷，东为已回采的11131工作面，西为已回采的11091工作面，南为实体煤。工作面开采煤层为二1煤层，煤层平均厚度为2.5m，平均倾角为-4°。工作面沿走向布置，走向长度平均为857m（至停采线），倾向长度为181m，面积为155117m2，可采储量（2.5m）为52.7万t，服务年限为8.8个月。工作面采用倾斜分层走向长壁下行垮落采煤法，综合机械化采煤工艺，沿煤层人工假顶回采，底分层设计采高2.5-3.0m，煤厚小于2.5m时采高为2.5m，煤厚大于2.5m时，采高与煤厚一致。采用全部垮落法处理采空区。

（二）回采过程中存在的主要问题

赵固一矿11112工作面为东一盘区11111工作面下分层工作面，具有顶板松散层厚度大、顶板基岩薄等特点。11112工作面设计采高2.5-3.0m，煤厚小于2.5m时采高为2.5m，煤厚大于2.5m时，采高与煤厚一致。由于11111工作面回采期间对后续回采工作考虑不足且管理不规范，没有对采空区进行洒浆处理，造成二次假顶锈结质量较差，加之顶板松散层厚度大、顶板基岩薄，工作面顶板管理较为困难，11112工作面自投产以来工作面顶板掉矸问题较为普遍，对工作面正常生产及煤质影响极大。

二、主要技术措施设计

（一）注浆加固煤墙、顶板

采用固特结加固料对工作面煤墙和顶板进行预注浆加固，提高煤墙和顶板的稳定性，防止片帮、冒顶。

2.注浆压力要求：注浆压力0.5-1MPa。

3.注浆要求及注浆孔布置：

（1）整体要求：将工作面划分为两个区段，1-60架为第一区段，61-120架为第二区段，每天注一个区段，循环交替进行。

（2）注浆孔布置：

①对当天所注区段顶板、煤壁完整情况进行分析，顶板、煤壁较为完整地段注浆孔间距7.5m，顶板、煤壁较差段注浆孔间距3m。

②根据近三天工作面顶板、煤壁完整情况进行连续分析，确定容易片帮、掉矸地段进行布孔注浆，注浆孔间距3-5m。

③对工作面已出现片帮、掉矸的地段进行布孔注浆，注浆孔间距3-5m。

4.对已出现较严重的顶板漏矸地段（高度达到2m以上）注充填料进行维护顶板。

（二）煤层及顶板注水

采用煤壁及顶板注水措施，改变煤体物理力学性质，湿润煤体并促进顶板锈结。提高煤墙和顶板的稳定性，防止片帮、冒顶。

1.注水孔设计：注水孔深度6m，孔口距顶板1-1.5m，注水孔与水平夹角14-19度，终孔位置进入假顶400-600mm。见图2。

2.注水时间及封孔

（1）煤层注水钻孔施工及注水工作在检修班进行。

（2）封孔参数及封孔工艺：封孔采用橡胶快速封孔器封孔，封孔器长度为1m，封孔深度不小于1m。

3.注水参数

（1）注水压力：采用乳化泵注水，注水压力为8～10MPa。

（2）单孔注水时间：实际单孔注水时间以煤壁出水或渗水时为准。

4.操作流程

（1）施工注水钻孔。

（2）安装注水器，并接通液压管路。

（3）打开注水阀门进行注水，同时观察煤墙变化。每次最多4个孔同时进行注水。

（4）当煤墙出现渗水等现象时，关闭注水阀门，待卸压后取出注水器。

（三）规范现场操作

1.支架工

（1）工作面支架全部拉超前架维护顶板（需挑顶段除外）。

（2）割煤期间采取追机移架，拉架滞后采煤机后滚筒不超过10架。

（3）超前采煤机前滚筒不超过2架收回护帮板，滞后前滚筒不超过2架伸出伸缩梁并打开护帮板维护顶帮。

（4）支架顶梁高度要与工作面假顶层位一致，严禁支架升过顶板。

（5）調整好支架状态，严禁出现倒架、挤架、栽头架、仰头架、顶梁错差、架间隙过大等情况出现。

（6）支架初撑力不小于24MPa（顶板漏矸、空顶段除外）。

（7）必须采取带压擦顶移架。

2.采煤机司机操作要求

（1）控制好工作面采高，保持在2.6-3m。endprint

（2）保证工作面煤壁平直，严禁留伞檐。

（3）与支架工配合好，拉架滞后时要及时降低采煤机割煤速度或停机。

（四）强化支架检修

1.保证支架伸缩梁、护帮板能够正常动作，方便支架工維护顶板、煤壁；保证支架立柱完好，不漏液，能够较好的支撑顶板；保证支架液压系统完好，方便支架操作；保证支架推槽、拉架机构正常，能够实现支架快速拉移。

2.现场必须有以下备用设备：护帮板、护帮板千斤顶、伸缩梁千斤顶、伸缩梁托板、推移杆、推移千斤顶、十字头、常用液压管。

3.工作面护帮板、推移杆出现损坏时次日必须进行更换；护帮板、伸缩梁、推移杆千斤顶出现损坏的当天必须更换；十字头及销轴、液压管路出现损坏的当班必须进行更换。

三、现场工程实践核心要点及效果评价

（一）现场工程实践核心要点

1.在化学浆注浆加固方面，通过合理调整注浆孔开孔位置、注浆孔角度、注浆孔深度等参数，将终孔位置调整至假顶以上400-600mm，从而能够有效加固再生顶板，控制顶板冒落。同时通过浆液扩散，已破碎存在裂隙煤体受化学浆粘结成块，能够有效控制煤墙片帮。

2.通过对煤层高压注水，改变煤体物理力学性质，能够有效减少煤墙片帮、顶板空顶掉矸问题，同时通过对再生顶板注水，在一定程度上能够促进顶板锈结，控制顶板冒落。

（二）效果评价

通过加强工作面注浆质量管理、注水质量管理及拉架质量管理，工作面片帮、掉矸问题较前期有明显好转，前期每小班推进0.5-1刀，目前每小班推进1-2刀，推进速度较前期明显加快。

四、结语

通过采取各项措施，明显改善了11112工作面生产条件，顶板掉矸问题明显减少，架前人工裱褙荆片等施工有所减少，有效降低了现场施工安全隐患。

在目前我矿接替紧张的形势下，11112工作面推进速度的加快能够有效缓解我矿其他采煤工作面生产压力。

11112工作面底分层工作面开采在我矿乃至赵固矿区尚属首例，随着顶层工作面的持续快速回采及大巷开拓工程的严重滞后，底分层工作面回采技术的不断摸索与优化，对我矿持续高效发展意义重大。

参考文献：

[1]卢永战. 底分层破碎顶板巷道注浆技术改进研究[J]. 煤炭与化工， 2014， 37（3）：100-101.

[2]林建春. 三软岩层底分层回采工作面顶板管理的几点做法[J]. 山东煤炭科技， 1995（1）：23-24.

作者简介：张立文（1986.05-），男，河南焦作人，毕业于河南理工大学采矿工程专业，本科，助理工程师。endprint