瑞隆矿8102 综放工作面遇风氧化带多次对接开采技术研究

关佳林

（山西冀中能源集团矿业有限责任公司，山西 太原 030000）

0 引 言

我国中西部黄土丘陵矿区地形复杂，冲沟发育，煤岩系形成后,在地壳运动的影响下发生变形，受到各种地表应力的冲刷剥蚀，出露于地表或埋藏在地表浅处的煤、岩层,在大气、水、热、生物等的作用下遭受不同程度的风化及氧化过程,其物理、化学和工艺性能发生一系列变化后，形成了煤、岩层风化带[1-2]。进入风化带后，煤层顶板完整性变差，顶板岩层硬度及强度明显降低，顶板淋水加大，顶板破碎易发生离层，锚杆、锚索支护失效，架棚出现较大变形量，从而造成掘进工作面发生局部冒顶事故。过风化带期间，回采工作面由于支架上方顶板松软、破碎、离层，容易引起支架与煤壁之间的顶板大面积冒落，进而引起支架顶空，支架失稳、倒架[3]。

瑞隆矿8102 工作面在采掘过程中遇到风化带，风化带顶板的岩性、煤层特征均发生明显变化对采掘安全生产造成一定影响和制约，通过开展邻近风氧化带工作面多次对接关键技术研究，对实现综放工作面安全高效开采具有重大现实意义。

1 试验工作面概况

井田内含煤地层主要为太原组和山西组，可采煤层为5、8+10 号共2 层。8+10 号位于太原组中部，上距5 号煤层51.01 ~53.63 m，煤层厚8.5 ~ 10 m，平均厚9.5 m。直接顶为K2 灰岩，底板为泥岩，含1~2 层夹矸，结构简单，井田内赋存区稳定可采煤层。

图1 8102 工作面位置示意图

8102 工作面位于8+10 号煤层西部，邻近向斜西翼风氧化带，煤层顶板完整性较差，煤的硬度及强度明显降低，工作面走向长537 m，倾斜长55 ~116 m，斜面积40 870 m2，可采储量42.9 万t。掘进过程中迎头煤质变差，工作面煤层厚度变薄，平均为6.5 m，发生风氧化现象，选择顶板较好位置，施工外切眼34 m，然后施工中段回风顺槽101 m，煤层受风氧化后煤质变差，施工中切眼30 m，然后施工里段回风顺槽，同时掘进运输顺槽，根据里段回风顺槽煤厚、煤质情况，确定里切眼位置，工作面成功布置，见图1。

2 邻风氧化带多次对接综放开采关键技术

2.1 邻风氧化带掘进地层探测及探放水技术

原设计8102 回风顺槽延伸至到北部风氧化带边界，回风顺槽设计长度460 m，当掘进到145 m 遇到断层，通过钻探探测技术证实进入风氧化带边界，迎头煤质变差，工作面煤层厚度变薄，选择顶板较好位置，施工外切眼。8102 回风顺槽迎头探测北部煤层赋存情况，钻探位置在8102 回风顺槽迎头，先后施工8个钻孔，累计孔深539 m。具体探测钻孔布置及成果见图2。

图2 探测钻孔布置及成果图

2.2 邻风氧化带掘进巷道支护参数优化

8102 掘进巷道沿煤层底板托顶煤掘进，针对瑞隆矿风氧化带劣化灰岩顶板厚煤层综放巷道支护及参数优化问题，通过岩石物理力学实验、现场矿压监测、理论分析、相似材料模拟、数值模拟等方法，研究不同回采强度作用下腐蚀损伤型灰岩破裂机理；分析厚煤层回采巷道围岩变形破坏规律，探索出适合复杂地质条件厚煤层回采巷道围岩控制技术，为瑞隆矿厚煤层回采巷道围岩有效控制及安全生产提供了科学依据和技术保障。

2.3 邻风氧化带大断面切眼扩帮支护技术

瑞隆矿回采巷道掘进断面为4.2 m×2.8 m,工作面切眼需要扩帮成8 m×2.8 m，才能安装支架。以往采用边扩帮边安装方法，支架就位效率低，从2019年开始，瑞隆矿开始采用大断面切眼一次性扩帮成型技术，支护顶板采用锚杆+W 钢带+锚索+金属网联合支护，沿巷道纵向打3 排点柱，点柱间距1 m，实践证明支护效果良好。

2.4 多段切眼支架高效率运输与快速安装技术

对接工作面支架安装通过运输顺槽将支架运输到里切眼，确定支架安装位置，并精确安装，外切眼通过回风顺槽运输支架，在外边切眼精确测量对接支架安装位置，就位支架，精确安装，进行对接准备。对接前，调整支架位置实现精准无缝对接，多个切眼依次安装对接，进而完成回采任务。如图3 所示。

图3 多段切眼对接布置图

2.5 综放工作面多次大倾角对接技术

8102 工作面邻风氧化带掘进，为实现煤炭资源最大程度回收需要进行多次对接，工作面对接成功需要注意事项：对接前，保持对接场所及其附近的支护完好，确保顶板完整；准确判断、精确测量地质构造或其他因素所造成影响的区域范围，对接切眼和联络巷最佳方位和距离，保证联巷和上下顺槽的平行度；对接切眼内预先摆放支架位置端正、间距合适和对接时的准确定位是对接成败的关键；对接前，应当提取将延长输送机所需的溜槽、挡板、刮板、刮板链等设备运至距对接切眼最近处。

3 施工安全技术措施

3.1 采掘过风氧化带安全技术措施

采掘活动要前地质探查，通过钻探等技术手段及时探明掘进前方及工作面内部基岩厚度，必须保证一定的岩柱厚度，当顶板出现变化，经确认进入风氧化带，但锚杆锚固力、锚索张紧力尚能达到《作业规程》要求值时，必须在原支护基础上，进行锚、网、索配合钢筋梁或“W”钢带支护顶板，并缩小间排距，增加支护强度和支护密度。

3.2 重型支架防倒防滑安全技术措施

8102 中切眼倾角达30°，为防止重型支架在回采过程中倾倒，需提前制定安全措施，工作面机头、机尾过渡架加防滑千斤顶，顶板破碎段采取超前预注浆加固煤壁，防止煤壁片帮、架间漏顶，保证煤壁完整性。

3.3 综放工作面调采、调架安全技术措施

因工作面倾角较大，工作面对接前要及时调支架，调架时采用2～3 根单体支柱配合使用，注液枪用铁丝绑牢，远方操作，缓慢送液，使支架均匀受力，将支架扶正。调架时，先降立柱，使支架少量降架，然后再支好调架单体、稍微加压使支架往上或往下靠，然后边拉支架、边供液，从而达到较好的对接效果。

4 应用效果及效益分析

4.1 应用效果

8102 工作面回风顺槽邻近风氧化带，布置成折线状，形成里、中、外3 个切眼，多个切眼依次对接，对接区段倾角最大为30°，工作面实现了大倾角精准对接，最终工作面推进到预定停采线位置，实现综放工作面安全高效开采。

4.2 经济效益

8102 工作面回风顺槽邻近风氧化带布置，设计成折线状，形成里、中、外3 个切眼，工作面走向长537 m，倾斜长55~116 m，斜面积40 870 m2，可采储量 42.9 万t。8102 工作面回采原煤42.9 万t，按40%精煤回收率，计算精煤产量17.16 万t，按10%中煤回收率计算中煤产量4.29 万t，按照精煤售价860.78元/t , 中煤售价每吨126.24 元，计算销售收入15 312.55 万元。按原煤完全成本269.1 元/t，计算回采42.9 万t，原煤成本11 544.39 万元, 可增加效益3 768.16 万元。

5 结 论

1）邻风氧化带巷道支护参数优化，调整支护参数，保证了安全。大断面切眼支护参数优化，调整锚杆、锚索布置，配合单体加π 型梁，保证支护安全。

2）多段切眼支架高效率运输与快速安装，优化支架运输路线，提高了工作效率。

3）多次精准及大倾角对接技术，完成2 次工作面对接，中切眼倾角最大30°，实现了大倾角精准对接。该技术的实施，为瑞隆矿积累了宝贵的技术经验和实践经验，为邻风氧化带煤开采提供了新的途径，创造了可观的经济效益，延长了矿井服务年限。