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風(fēng)氧化帶影響下零階段綜采面安全開采技術(shù)實(shí)踐

文檔作者：何姜毅黃旭雷武林周華龍劉傳舉文檔來源：隴東學(xué)院能源工程學(xué)院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2020年12月08日
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總第193期
doi：10．3969／j．issn．1005—2798．2015．09．006
風(fēng)氧化帶影響下零階段綜采面安全開采技術(shù)實(shí)踐
何姜毅，黃 旭，雷武林，周華龍，劉傳舉
(隴東學(xué)院能源工程學(xué)院，甘肅慶陽745000)
摘要：當(dāng)采煤工作面在臨近風(fēng)氧化帶附近開采時(shí)，由于煤層頂?shù)装迨艿讲蓜?dòng)和風(fēng)化影響，圍巖強(qiáng)度降低．
兩巷維護(hù)困難，一直成為綜采工作面安全開采的一大難題。文章以某礦1202(3)工作面在上提面風(fēng)氧化帶
等極破碎頂板條件下，采用大斷面架棚支護(hù)、大功率設(shè)備、大采高支架等生產(chǎn)技術(shù)條件下，分析了零階段綜
采面在回采過程中遇到的制約生產(chǎn)的影響因素及采取的有效技術(shù)對(duì)策，并總結(jié)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)相似條件開采
的工作面提供參考借鑒
關(guān)鍵詞：風(fēng)氧化帶；零階段；安全開采；技術(shù)實(shí)踐
中圖分類號(hào)：TD752．2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1005—2798(2015)09．0016．03
Zero Phase M ining Safety M ining Technology Practice under
the Influence of the W ind Oxidized Zone
HE Jiang-yi，HUANG Xu，LEI Wu-lin，ZHOU Hua-long，LIU Chuan-ju
(Energy Engineering College ofLongdong College，Qingyang 745000，China)
Abstract：As the mining face promoting，the roadway by the mining and weathering effects when mining zero phase near oxidation zone
maintain difficult，it becomes a big problem of the mine safety．This paper is based on 1202(3)working face with a broken and oxidi—
zing conditions，under the shelf support with large section，large mining equipment，a higher bracket for production technology，analyzes
the factors influencing production at zero stage，take an effective technique，and sum up experience to provide information for the similar
working face．
Keywords：effloreseent oxygenized behs；zero stage；safe mining；technology practice
近年來，隨著礦井生產(chǎn)能力的不斷提高．采場(chǎng)接
替變得Et趨緊張，為了提高資源回收率，最大限度地
獲取效益。這就需要提高回采上限，通過這種方式能
夠合理開發(fā)煤炭資源，提高煤炭資源采出率，緩解采
場(chǎng)接替緊張，延長(zhǎng)礦井服務(wù)年限。
C13—1煤層為某礦主采煤層之一．該煤層屬
“三軟”煤層，煤層上覆的復(fù)合頂板具有“軟、弱、薄”
三大特點(diǎn)，綜采工作面在零階段接近風(fēng)氧化帶附近
開采時(shí)．由于煤層頂?shù)装迨艿讲蓜?dòng)和風(fēng)化影響，巷道
圍巖強(qiáng)度降低，且上提面壓力大，面內(nèi)頂板普遍破
碎，回采期間極易片幫漏頂，造成直接頂漏空使支架
達(dá)不到規(guī)定的初撐力，支護(hù)效果差；同時(shí)，頂板來壓
易造成支架歪斜失穩(wěn)，給工作面的頂板管理帶來很
大困難．嚴(yán)重制約工作面推進(jìn)度，造成面內(nèi)形成惡性
循環(huán)．若處理不當(dāng)將導(dǎo)致工作面壓“死架”，給礦井
16
生產(chǎn)造成重大的經(jīng)濟(jì)損失 卜 。
1 工作面概況
1202(3)工作面為西一采區(qū)零階段提高上限開
采工作面，該面走向長(zhǎng)936 m，傾向長(zhǎng)120．2 11'1，煤層
傾角13．1。，工作面標(biāo)高一377．9～ 一424．0 m。該面
上巷圍巖由于不同程度地受到風(fēng)化影響，其強(qiáng)度降
低、穩(wěn)定性差，巷道長(zhǎng)期處于流變狀態(tài)；下巷為沿空
掘巷，巷道與原1202(3)回風(fēng)巷煤柱4 m，工作面東
起 斷層，西至F 斷層，南到原1202(3)運(yùn)輸巷，北
至13—1煤一377．9 ITI頂板標(biāo)高線，該面煤層穩(wěn)定，
平均煤厚5．4 In，柱狀圖如圖1所示，煤層性質(zhì)為黑
色，塊狀或片狀，局部發(fā)育1—2層泥巖軟弱夾層，上
層夾矸厚度0～0．7 m：下層夾矸不穩(wěn)定，局部地段
發(fā)育。厚度0～0．6 In。
收稿日期：2015-03—19
作者簡(jiǎn)介：何姜毅(1982一)，男，甘肅慶陽人，碩士，講師，從事礦山壓力、巷道圍巖控制等方面的研究工作。
2015年9月 何姜毅等：風(fēng)氧化帶影響下零階段綜采面安全開采技術(shù)實(shí)踐 第24卷第9期
2 巷道布置及支護(hù)形式
本面掘進(jìn)期間上下巷跟13—1煤層頂板及破碎
頂板區(qū)段或跟13—2煤層頂板掘進(jìn)，而在掘進(jìn)時(shí)由
于頂板破碎．在掘進(jìn)中采取破直接頂0．8 m進(jìn)行施
工，主要采用架29號(hào)U型棚支護(hù)，巷道斷面為直墻
半圓拱，斷面尺寸：凈寬× 中高=5 000 mm X
3 700 mm，具體支護(hù)參數(shù)見表1。
層厚／m 柱狀 巖性
3_3
， ，，
細(xì)粒砂巖，含沙量不均勻，局部組變?yōu)?
砂質(zhì)泥巖
呢巖，灰一深灰泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，性脆
細(xì)砂巖，局部含一層炭質(zhì)泥巖或煤線
砂質(zhì)泥巖，灰色，以泥質(zhì)為主，含砂量不
均勻．塊狀結(jié)構(gòu)．局部含植物碎片
l3—2煤，黑色，玻璃油臘光澤，亮煤為
主，屬半亮型煤
泥巖，灰一深灰色，性脆，含植物化石碎片
13—1煤，黑色，粉末狀一塊狀，亮煤為主，屬平型
毒懂 屆部枯育一屢盎幾屢賣矸．厘3 72～6．49 m
泥巖，深灰色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，局
部層見有植物碎片．性較脆
砂質(zhì)泥巖，淺灰一灰色，細(xì)砂巖及淺灰色泥質(zhì)砂巖量互
3．5 ＼
J
／
層狀，局部含大量白云母及暗色礦物，以砂質(zhì)泥巖為主
3．4 ＼
3．7 ‘＼
O．69
1．3 ／、} —_
14．26 _
1．4
3 中細(xì)砂巖，淺灰～灰色，見云母片及炭屑，泥
．9 質(zhì)膠結(jié)
， 夾細(xì)砂巖薄層及泥質(zhì)條帶，顯層理
圖1 12o2(3)綜合柱狀圖
3 制約生產(chǎn)的影響因素分析及施工關(guān)鍵控
制技術(shù)
3．1 支架穩(wěn)定性關(guān)鍵控制技術(shù)
支架架型是大采高工作面順利回采的關(guān)鍵保
障，而支架的橫向失穩(wěn)是回采過程中最易出現(xiàn)而且
最難解決的問題．支架的橫向失穩(wěn)主要受上覆巖層
頂板破碎影響，回采過程中極易片幫漏頂。支架與頂
板難以充分接勁，極易歪斜失穩(wěn)?？刂浦Ъ芗苄椭?
點(diǎn)要做好以下幾方面：一是支架架型要“寧上勿
下”，即支架下立柱要略“明”上立柱，使支架重心整
體向上偏移。有利于在回采過程中對(duì)支架架型的控
制；二是要嚴(yán)把工作面規(guī)格質(zhì)量，煤機(jī)司機(jī)要將頂?shù)?
板割平整，嚴(yán)禁由于底板不平整造成支架歪斜失穩(wěn)
現(xiàn)象；三是對(duì)吊斜支架要及時(shí)使用調(diào)底和側(cè)護(hù)板千
斤頂或采用單體遠(yuǎn)距離供液進(jìn)行輔助支撐調(diào)架：四
是支架要達(dá)到額定的工作阻力．確保支架頂梁與頂
板能夠充分接勁；五是重點(diǎn)抓好兩端頭支架架型控
制，即在工作面下端頭1—3號(hào)用伸縮梁千斤頂作為
錨固千斤頂在架前及四連桿上加裝獨(dú)立的防倒千斤
頂，確保起到應(yīng)有的錨固作用 6 ；同時(shí)，上端頭以
79號(hào)架作為掩護(hù)架，其架身必須要“平、穩(wěn)、正”，有
表1 1202(3)工作面上下巷支護(hù)參數(shù)
利于對(duì)上端頭支架架型的控制
3．2 工作面防片幫關(guān)鍵控制技術(shù)
本面由于受風(fēng)氧化帶及超前支承壓力影響．且
周期來壓步距短(8～10 m)，工作面煤壁側(cè)所承受
的支承壓力大，回采過程中煤壁易整體片冒造成
“壓車”，現(xiàn)場(chǎng)重點(diǎn)是規(guī)范支架工操作行為。采取跟
機(jī)作業(yè)，支架全部拉超前支護(hù)，并打開護(hù)幫板護(hù)住煤
幫，割煤采取不收護(hù)幫板，即煤機(jī)前滾筒從護(hù)幫板下
割煤后及時(shí)伸出伸縮梁，減少頂板漏矸量，由于不收
護(hù)幫板，工作面采高要控制在3．5 m；其次對(duì)易片幫
段要降低煤機(jī)割煤速度，防止煤量增大造成“壓
車”，并在易片幫支架段采用大板、木拉條在電纜槽
上綁扎擋煤板，防止淤煤(矸)漫電纜槽及支架架
腳，并及時(shí)清理架前、架檔內(nèi)的浮煤矸．防止煤矸進(jìn)
入支架底座箱造成“滯架”；三是支架頂梁要保持平
直，架間要合實(shí)，減少架前、架間漏矸[卜 。
3．3 采向控制關(guān)鍵技術(shù)
在工作面推進(jìn)過程中，采向是否合理決定了
工作面出煤狀況的好壞，由于受工作面落差、底板
狀況、支架架型等因素影響，刮板機(jī)位置常發(fā)生上
17
何姜毅等：風(fēng)氧化帶影響下零階段綜采面安全開采技術(shù)實(shí)踐 第24卷第9期
竄或下滑現(xiàn)象，使工作面刮板機(jī)與轉(zhuǎn)載機(jī)搭接狀
況不佳，刮板機(jī)頭底鏈拉回頭煤，導(dǎo)致底鏈噎煤
矸，刮板機(jī)電機(jī)負(fù)荷增大。由于工作面傾向距離
短，采向變化突顯刮板機(jī)“靈活”，回采期間應(yīng)保持
合理穩(wěn)定的采向值，即采向控制在2．0 113，工作面
偽斜度由設(shè)計(jì)5。調(diào)整為2o．并采向調(diào)整采取端頭
微調(diào)控制技術(shù)，即煤機(jī)割煤至端頭時(shí)．在一端抵夠
進(jìn)刀截深，在另一端略扣進(jìn)刀截深，避免端頭多進(jìn)
或少進(jìn)的甩硐、并硐造成刮板機(jī)急上急下．不利于
支架架型的控制。
3．4 兩巷頂板的安全控制
1) 本面兩巷主要采取架29號(hào)u型棚支護(hù)，
超前工作面煤壁60 m在u型棚梁中間挑姊妹棚管
理頂板；局部錨網(wǎng)索支護(hù)段在回采前進(jìn)行超前挑棚，
上巷距巷幫400 mm處各挑一排，巷道中間挑一排：
下巷距巷幫400 mm處各挑一排，距轉(zhuǎn)載機(jī)或膠帶
輸送機(jī)下沿300 mm處挑一排，并動(dòng)態(tài)保持超前挑
棚距離符合要求。
2) 回采期間對(duì)巷道頂板破碎、壓力顯現(xiàn)強(qiáng)
烈、應(yīng)力集中區(qū)、巷道三岔門等特殊地段，采取增加
走向挑棚距離或超前套棚進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)。
3) 在上、下端頭1號(hào)、82號(hào)支架架邊0．2 m
處．用I11—6．5 m礦用工字鋼為棚梁各架設(shè)一組跨
工作面刮板輸送機(jī)頭、機(jī)尾雙抬棚。一梁五柱，交替
邁步前移．邁步步距1．6 m。保持其中一根工字鋼梁
端與支架后立柱平齊。
4) 上下巷回采期間礦壓顯現(xiàn)特征。① 上巷
礦壓顯現(xiàn)特征?；夭善陂g在上巷超前工作面煤壁
80 m均布8個(gè)測(cè)點(diǎn)，采用巷道“十字法”進(jìn)行觀測(cè)，
上巷礦壓顯現(xiàn)基本呈現(xiàn)兩個(gè)階段：第一階段為采動(dòng)
影響區(qū)，距工作面前方15 m范圍內(nèi)，巷道圍巖變形
顯現(xiàn)明顯，其頂?shù)装褰^對(duì)位移量500 mm，相對(duì)位移
量450 mm．兩幫絕對(duì)位移量480 mm，相對(duì)位移量
480 mm；第二階段為基本穩(wěn)定區(qū)，距工作面前方
15 in向外，巷道圍巖基本無明顯變形。②下巷礦壓
顯現(xiàn)特征?；夭善陂g在下巷超前工作面煤壁80 m均
布8個(gè)測(cè)點(diǎn)．采用巷道“十字法”進(jìn)行觀測(cè)，下巷礦壓
顯現(xiàn)呈現(xiàn)三個(gè)階段：第一階段為采動(dòng)影響劇烈區(qū)，距
工作面前方20 m范圍內(nèi)。巷道圍巖變形顯現(xiàn)明顯，其
頂?shù)装褰^對(duì)位移量1 070 1／11／1，相對(duì)位移量190 mm，兩
幫絕對(duì)位移量1 120 mm。相對(duì)位移量420 mm；第二
階段為采動(dòng)影響區(qū)。距工作面前方2O～60 m，巷道
頂?shù)装褰^對(duì)位移量650 mm，相對(duì)位移量150 mm，兩
幫絕對(duì)位移量870 mm，相對(duì)位移量310 mm；第三階
段為基本穩(wěn)定區(qū)，距工作面前方60 m向外，巷道圍
巖基本無明顯變形(圖2)。
18
3．5 松散煤體超前注漿加固技術(shù)的應(yīng)用
本面注漿加固主要針對(duì)受風(fēng)氧化帶及地質(zhì)構(gòu)造
帶雙重疊加影響造成的工作面片幫漏頂現(xiàn)象，現(xiàn)場(chǎng)
采取在面內(nèi)施工走向注漿鉆孔與上巷順層注漿鉆孔
相結(jié)合的立體注漿加固工藝，對(duì)工作面松散煤體所
形成的弱化區(qū)采取注固瑞特201進(jìn)行結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)．提
高煤體的承載能力。上巷順層注漿鉆孔選擇布置在
上巷下幫煤巖接合面以下0．2 m．鉆孔沿上巷走向
順層水平布置于煤體內(nèi)，鉆孔間距3．0 m，鉆孔深度
分別為4．0 m淺孔和7．0 m深孔交替排列(圖3)，
其中4．0 m淺孔主要用于控制工作面機(jī)尾上三角加
固，7．0 m深孔主要用于超前加固松散煤體；面內(nèi)走
向注漿鉆孔選擇布置在受風(fēng)氧化帶影響明顯、頂板
破碎的支架段，鉆孔位置距支架架頭下0．2～1．0 m，
鉆孔深度7．0 m：同時(shí)，煤巖體不同部位的破裂程
度、裂隙分布情況是不一樣的，注漿量波動(dòng)較大，單
一的加大注液量，一方面出現(xiàn)跑、漏漿現(xiàn)象，造成注
漿成本增加I1。。坨]：另一方面漿液存在偏流效應(yīng)，在
注漿過程中漿液易向裂隙更為發(fā)育的煤巖體內(nèi)滲
透，因此不能單一的以“量度”決定“強(qiáng)度”，通過現(xiàn)
場(chǎng)實(shí)驗(yàn)觀察，在松散煤體內(nèi)，4．0 m淺孔注液量在
15～20組，7．0 m深孔注液量在30～35組，基本能
夠滿足現(xiàn)場(chǎng)加固要求。
500
目400
皿刪300
登200
靛1oo
翠o
- 1oo
圖2 上下巷圍巖相對(duì)位移量
上巷
圖3 注漿加固鉆孔布置平面不意(m)
1) 工作面傾斜長(zhǎng)度設(shè)計(jì)合理，單循環(huán)割煤所
需時(shí)間短。確保了工作面推進(jìn)度：回采期間工作面瓦
斯相對(duì)涌出量為0．49 1TI ／t。消除了瓦斯對(duì)生產(chǎn)的制
約：大斷面架棚巷道回采期間只回煤壁側(cè)棚腿，并采
取相同回棚工藝及不同支護(hù)形式，在滿足支護(hù)強(qiáng)度
的前提下，確保了工作面推進(jìn)度；1202(3)工作面提
高上限開采4．6～12．1 m，提高上限段的可采儲(chǔ)量
24．3萬t。該面自試生產(chǎn)到收作擴(kuò)面結(jié)束，共累計(jì)
安全生產(chǎn)原煤107．75萬t， (下轉(zhuǎn)第21頁)
2015年9月 張中嶺：三相泡沫防滅火技術(shù)在自燃采面的應(yīng)用 第24卷第9期
速有效治理。鉆孔布置充分考慮到其灌注滅火材料
的流動(dòng)覆蓋范圍、火區(qū)的發(fā)展情況而定。
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，選擇在21021下副巷距切
巷47 m處的鉆場(chǎng)開拓長(zhǎng)15 m、寬3 m、高2．5 m的
防滅火措施巷．并在措施巷內(nèi)向工作面采空區(qū)方向
圈定的火區(qū)布置9個(gè)高位防滅火鉆孔(如圖3所
示)．圖中0號(hào)孔為之前施工的取氣樣鉆孔。
4) 局部均壓減少漏風(fēng)。鑒于封閉火區(qū)內(nèi)漏風(fēng)
線路多，漏風(fēng)復(fù)雜?；饏^(qū)治理前應(yīng)對(duì)可能導(dǎo)致21021
產(chǎn)生漏風(fēng)的通道進(jìn)行封堵，并通過局部增壓，減少該
工作面漏風(fēng)量。
5) 灌注三相阻化泡沫治理火區(qū)。在建立防滅
火系統(tǒng)及實(shí)施上述措施的基礎(chǔ)上，啟封前，主要利用
實(shí)施的9個(gè)防滅火鉆孔向圈定的火區(qū)往復(fù)式灌注三
相阻化泡沫材料。其灌注覆蓋區(qū)域?yàn)橥２删€后10 m
立
(上接第l8頁)最高月產(chǎn)26．17萬t，最高月推進(jìn)度
為201．3 m。
2) 大斷面架棚支護(hù)巷道采取在巷中超前施工
固棚錨索或超前套棚進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)，控制了頂板下
沉量；同時(shí)選擇了合理的回棚工藝，煤壁側(cè)u型棚腿
超前回收，保證了工作面的正常推進(jìn)速度。
3) 巷道支護(hù)設(shè)計(jì)要提高初始支護(hù)強(qiáng)度，消除
圍巖的初期松動(dòng)和變形。充分發(fā)揮圍巖的自承載能
力，使支護(hù)結(jié)構(gòu)體與圍巖及時(shí)共同承載，加固巷道幫
角，使幫角的應(yīng)力集中向圍巖較深部轉(zhuǎn)移，減緩巷道
上覆巖層活動(dòng)的劇烈程度；巷道回采期間要提高對(duì)
特殊地段的敏銳性，如斷層破碎帶、應(yīng)力集中區(qū)、頂
板淋水處、頂板富含煤線等軟弱層位的地段、交叉
點(diǎn)，必須要采用架棚、噴注漿及錨索網(wǎng)分步聯(lián)合支
護(hù)。
參考文獻(xiàn)：
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體范圍。共計(jì)注入黃土量947 m ，水量1 914 m ，發(fā)
泡劑用量14．8 t。
4 火區(qū)治理效果
4．1 封閉區(qū)內(nèi)氣體濃度分析考察
通過礦用抽氣泵對(duì)防滅火鉆孔及21021上副巷
密閉內(nèi)氣體取樣，并用氣相色譜儀分析，結(jié)果表明：
封閉區(qū)內(nèi)CO等火災(zāi)標(biāo)志性氣體呈連續(xù)快速的下降
趨勢(shì)，其中CO快速降至零。
4．2 溫度探測(cè)分析考察
在火區(qū)治理期間，利用WRNK一194型鎧裝熱
電偶和WSK一101測(cè)溫儀通過滅火鉆孔對(duì)采空區(qū)溫
度探測(cè)。結(jié)果顯示：采空區(qū)內(nèi)部溫度一直維持在
20 cc以下。因此，可知在三相阻化泡沫覆蓋、降溫
等防滅火功能作用下，火區(qū)已得到有效的治理，并持
續(xù)穩(wěn)定。
5 結(jié)語
三相泡沫技術(shù)在宏達(dá)煤礦的成功應(yīng)用。填補(bǔ)了
鄭州礦區(qū)三軟煤層火區(qū)治理的技術(shù)難題．對(duì)自燃煤
層的礦井有一定的借鑒價(jià)值。
[責(zé)任編輯：路方】
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[責(zé)任編輯：路方】
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