晋城矿区XV号煤开采实践

黄晋兵（山西长平煤业有限责任公司，山西 晋城 048006）

晋城矿区XV号煤开采实践

黄晋兵（山西长平煤业有限责任公司，山西 晋城 048006）

介绍了王台矿井XV号煤开采实践，并从煤层地质条件、开采方法、设备配套、顶板处理、矿压观测及回采过程等进行论述，提出了开采建议，为晋城矿区类似条件煤的开采提供了参考。

XV号煤；开采；实践

1 概况

王台矿井井田范围内XV号煤为第三水平煤层，煤层倾角1°～6°，厚度1.8～3.5m，平均为2.5m，煤层中部一般含夹矸1～3层，岩性多为泥岩、炭质泥岩；XV号煤层伪顶为泥岩或炭质泥岩，平均厚度0.3m，该伪顶厚度极不稳定，暴露于空气中易风化。直接顶为K2石灰岩，在浅部其岩性变化较大，局部地段相变为泥岩、砂质泥岩或砂岩，平均厚度9.32m，致密坚硬，节理裂隙较发育，属坚硬性顶板；底板为泥岩和铝质泥岩，平均厚度为1.62m，底板比压40.82MPa。在开采过程中XV号煤老顶大面积来压时对支架有冲击，且初次来压和周期来压步距较大，矿压显现十分明显。

王台矿井XV号煤层地质条件较简单，断裂较少，顶板完整性较好，主要构造以褶曲为主，小型断层及节劈理、裂隙发育。XV号煤层主要充水因素为煤层上覆K2、K5含水层水及上覆III号和IX号煤采空区低洼积水。XV号煤尘无爆炸性，为一类容易自燃煤层，自燃发火期为72天。

XV号煤综采工作面倾斜长一般为180m，走向长1 000～2 000m，工作面采用“三巷”布置形式，“两进一回”通风方式，巷道基本参数为：三顺槽巷道净宽×净高=4 400mm×2 500mm，开切眼净宽×净高=7 000mm×2 500mm，巷道采用“锚·索·带·网”支护方式，采用走向长壁一次采全高后退式综合机械化采煤法进行回采。

2 设备配套

采煤机：MG250/600-WD1双滚筒采煤机1台；端头架：ZT13200－16/30，2架；工作面支架：ZZ8000－17/32，117架；工作面刮板输送机：SGZ－764/400，1部；转载机：SZB764/132/1，1 台 ；破 碎 机 ：PCM1000/110/1140，1台；皮带机：DSP1063－1000/125型，1台。

3 顶板预处理方法

王台XV号煤层直接顶为坚硬的K2石灰岩，为保证工作面顶板能及时垮落，XV号煤综采工作面采用超前深孔预裂爆破的方式处理顶板，具体做法是在工作面切眼和顺槽向顶板打深孔，在工作面前方一定距离进行爆破，预先破坏顶板的完整性，超前打眼、超前爆破，处理方案分为切眼顶板切断处理和两顺槽内顶板处理。

（1）顶板处理高度。工作面设计采高为2.5m，为保证冒落顶板能完全充填采空区，经计算确定工作面顶板岩层处理范围为沿工作面顶板至上方9m的垂直高度（终孔位置）。

（2）切眼顶板处理（切眼切断）。切眼切断孔布置在工作面后方距老塘侧巷帮1m处，其主要作用是在切眼后方顶板与工作面顶板之间形成一个弱面，随着工作面推进支架后方顶板能够及时跨落。

（3）两顺槽顶板处理（初次放顶与步距放顶）。初次放顶孔布置在距切眼工作面侧煤壁24m处，步距放顶每隔30m布置一组，两顺槽对称布置。其主要作用为：一是在巷道煤柱侧顶板与工作面顶板间形成一个弱面，二是在工作面前方顶板形成一个弱面，随着工作面推进支架后方顶板能够及时跨落。

为保证每个炮孔都能起爆，所有预裂爆破孔均采用“双导爆索、双雷管”引爆，每一茬炮联线采用“局部并联、总体串联”的方式。

（4）切眼切断爆破炮孔布置。工作面设备安装前，在切眼内距老塘侧巷帮1m处顶板打眼，炮孔布置见图1（图中数字单位为m）。180m长的切眼共布置10组炮孔（分别用A、B、C、D、E和a、b、c、d、e字母代表10组炮孔），A、B、C、D、a、b、c、d每组为3个炮孔，E和e组炮孔分别为4个炮孔，共布置了32个炮孔。A组炮孔与a组炮孔对称，B组炮孔与b组炮孔对称，以此类推。

图1 切眼炮孔布置图

（5）初次放顶和步距放顶爆破炮孔布置。初次放顶孔布置在距切眼煤壁24m处，初次放顶孔每组为8个炮孔，分别为A、B、C、D、E1、F1、G1、H1，扇形布置，其中A、B、C、D与工作面平行；E1、F1、G1、H1与巷道中心成16°夹角。步距放顶每隔30m布置一组炮孔。步距放顶孔每组为8个炮孔，分别为A、B、C、D、E、F、G、H，扇形布置，其中A、B、C、D与工作面平行；E、F、G、H与巷道中心成16°夹角。炮孔布置见图2。

（6）顺槽钻场硐室布置参数。XV号煤施工深孔眼选用ZDY1300型全液压钻机（其外形尺寸为1.99m×0.74m×1.29m），考虑巷道宽度、高度、设备铺设、人员操作及行人空间，需在顺槽内施工钻场硐室（规格为宽×深×高=4m×4m×2.5m），均布置在工作面侧。

（7）爆破材料及施工机具。①起爆器为MFD-200型。②爆破炸药为2号煤矿许用乳化炸药，药卷规格为Φ65mm×500mm，1.2kg/卷。③雷管为煤矿许用8#普通2m毫秒瞬发电雷管。④导爆索为煤矿许用导爆索，规格为Φ7mm。⑤爆破母线为钢芯聚乙烯绝缘爆破母线。⑥炮泥机为PN－A型。⑦钻机为ZDY1300型全液压钻机，Φ50mm钻杆，钻头直径75mm，为三翼复合片钻头及天然金刚石表镶钻头配合使用，成孔直径75mm。⑧泥浆泵为TBW-5型，用于钻探循环供水（水源为静压水）。⑨炮棍为Φ40mm×1 500m。⑩封泥长度是炮孔长度的20%～30%。

4 防治水和防煤层自燃

巷道掘进时必须坚持“有疑必探，先探后掘”的防治水原则，探35m掘15m，并配套铺设100mm排水管及相应的水泵；回采前超前向上部打泄水孔，将XV号煤层上部Ⅸ号煤和Ⅲ号煤采空积水提前疏放。

在自然发火期内将XV号煤工作面采完并及时封闭，避免采空区通风；对采空区、冒落孔洞等空隙采取预防性灌浆或全部充填、喷洒阻化剂、注阻化泥浆、注凝胶、注惰性气体、均压等措施；在工作面和采空区密闭处设置自然发火观测点，对工作面和采空区一氧化碳、二氧化碳、氧气、甲烷浓度等及温度定时进行检测（采空区及通风横川的密闭墙预埋设铜管，铜管外端接软管进行检测）；采取定期冲洗巷道、煤层人工注水，增加煤柱内水分；回采过程不得任意留设设计外煤柱和顶煤。

5 工作面生产情况

5.1 通风管理

XV号综采工作面均采用“两进一回”的通风系统，配风量为950m3/min左右，瓦斯浓度在0.03%～0.46%，二氧化碳浓度在0.12%～0.44%，配风量完全能够满足防治瓦斯的需要，一氧化碳浓度检测结果为0。工作面采用移架自动喷雾、采煤机内外喷雾、二次负压降尘装置、转载点喷雾、风流净化水幕、定期冲洗巷道等多项防尘措施对其粉尘进行治理，现场测定结果表明，综采面全尘平均浓度仅为265mg/m3。

5.2 工作面超前支护

从工作面煤壁向外20m超前支护支设两排单体柱：离工作面侧巷帮1 000mm处支设一排，柱距1 000mm；离煤柱侧巷帮1 000mm处支设一排单体柱，柱距1 000mm，遇破碎机、转载机电机减速器影响时紧靠其外侧打戴帽点柱进行支护。

贴帮柱及切顶柱支设要求：机头机尾支架外侧紧靠煤柱侧各打一排贴帮柱，柱距500mm，帮要背实。切顶线处机头或机尾支架外侧与距巷道煤壁支设切顶柱，柱距不大于200mm。

5.3 钻孔施工

工作面圈定过程中同时按设计位置施工出钻场硐室，待工作面圈出后，两顺槽各2台钻机同时在工作面切眼和两顺槽按设计角度和深度打深孔爆破眼。切眼切断眼在支架安装前施工完毕，两顺槽初次和步距放顶眼超前工作面200m左右施工（考虑深孔爆破眼变形），打眼与顺槽内运输可同时进行，以减小相互影响时间，提高钻孔效率。

5.4 矿压数据处理

工作面直接顶初次垮落步距为9.5～27.3m，平均为17.5m；直接顶初次垮落期间，工作面支架安全阀开启较少，直接顶来压前煤壁较平整，较少出现片帮；期间工作面机头至7号架间悬顶3～8m，机尾115#～117#架悬顶3～6m。

基本顶初次来压呈现局部来压、迁移特征。基本顶初次垮落步距为17.4～48.3m，平均为42.5m，工作面端头最长，中部相对较短，初次来压影响时间平均为9.7小时，影响范围平均为6.8m；基本顶初次来压时，支架动力载荷系数平均为1.58，平均工作阻力为5 552kN（支架设计工作阻力为6 000kN），安全阀开启较为频繁；工作面机头至10#、47#～64#、115#～119#架后悬顶2～5m，其它支架后方顶板全部垮落；工作面中部煤壁出现片帮，长度6～10m，深度在0.2～0.6m。

基本顶周期来压也呈现出分段局部来压和迁移特征，其步距一般在14～23m，步距在工作面两端区较长平均为21.32m，中部较短平均为17.4m。周期来压时支架工作阻力一般在5 600～6 300kN，安全阀开启较频繁，动载系数平均为1.57；来压期间，工作面中部间断性悬顶2～6m，主要是两端头悬顶一般在2～4m。工作面中部煤壁出现片帮，长度3～6m，深度在0.2～0.5m。

工作面开采过程中巷道底板底膨较小，主要表现为顶板下沉，工作面顶板下沉量平均为15.3mm。

5.5 地表塌陷

通过地面观察发现工作面上方地表裂缝，长度在10～30m，宽10～50mm，间距均在1.5～8m；裂缝走向基本与工作面倾斜方向平行（夹角在10°范围内）。

5.6 工作面其它方面

支架活柱下缩量：一般在1～3mm（生产班1个循环，检修班1个班），最大7mm。

工作面采高及煤壁：工作面采高一般在2.3～2.5m，最高达2.8m，最低为2.25m。到目前为止回采过程中煤壁较平整，较少出现片帮，出现片帮的部分区段片帮长度均在1m左右，深100～300mm。

工作面超前支护：工作面超前支护范围内无底鼓片帮情况，巷道完好，顶板无离层现象。但由于底板较软，单体柱有钻底现象，钻底深度约为100～300mm。单体柱初撑力、工作阻力一般在13～18MPa的较多，最小10MPa，最大22MPa。

相邻巷道煤柱为30m，从现场监测情况看，巷道无明显变形，局部有轻微片帮现象，且所夹软矸层有挤出现象（挤出量在50～200mm）。

6 沿空留巷技术试验和末采

首采工作面推进至295m处时，在轨道巷进行了沿空留巷试验。本次试验第一阶段长度40m，其中前20m采用7.4m锚索补强支护顶板，后20m采用10m的锚索补强支护。前20m在采空区离煤柱侧3.4m时采用木柱和摩擦柱支撑顶板，向外另20m采用摩擦柱支撑顶板，间距均为400mm。从现场观察来看，采用木柱支护方案，在工作面推进20m左右后，木柱大部分被压断，或被顶板掉落的大矸砸断。采用摩擦柱支护方案，摩擦柱大部分因被整体向煤柱侧推移而失效。第二阶段为工作面推进至335m到停采线，采用木垛配合木柱和摩擦柱支撑顶板，木垛要求距离煤柱侧巷帮3m，间距（中对中）3m，在木垛与木垛中间间距400mm打木柱或摩擦柱，木垛出现了整体被矸石砸翻的现象，木柱和摩擦柱仍存在第一阶段的问题，但与第一阶段相比，效果较好，但工作量和材料消耗上都明显高于第一阶段，并且并没有真正达到沿空留巷。

当工作面煤壁距停采线剩余24m时进入末采，其工艺流程为：距停采线16m时开始下卧→距停采线11m时，ZZ8000－17/32型支架采高达到2.7m时，先上一趟片网，之后开始铺单层金属网假顶→距停采线7.0m时开始在网下联设平行于工作面的钢丝绳→距停采线3.0m时停止网下联设钢丝绳，再走一正常循环→调整支架，使支架顶梁端距停采线2.4m时停止拉架，随着挂联网同步架设垂直于工作面的板梁→停采，上最后一趟板梁，煤帮打护帮柱→联设最后一趟卷网。最终撤架通道净高要求达到2.5m，净宽达2.4m（即支架顶梁端至煤壁的距离）。

7 建议

（1）对于XV号煤来说，回采中的关键问题是顶板预爆破，但从已采工作面顶板处理来看，大部分顶板的硬度系数远远没有达到设计的10～12，所以建议在掘进过程中收集顶板岩心，重新分析顶板硬度情况，优化顶板预处理炮眼参数、放炮步距等，以提高综合工效。

（2）为保证炮眼不变形和不影响工作面正常推进，深孔眼施工最好超前工作面150m左右，这样原两顺槽钻机设计的钻场硐室可以不施工，现有断面尺寸完全能满足打钻要求。

（3）本工作面顺槽深孔预爆破质量对相邻工作面巷道有一定影响，应严格按顶板处理措施提高爆破质量，同时要根据具体地质条件和矿压显现确定合理的保护煤柱以减少对相邻工作面的影响。

（4）从沿空留巷技术试验情况看，这种支护方式施工速度快，但支护强度不高，巷道后期维护费用太高，甚至于高于新掘巷道，且挡矸效果不好，顶板下沉和巷道变形明显，支护损坏严重，不能作为行人通道，只能作为“两进一回”系统中的回风通道使用。

[参照文献]

[1] 任 勇，尹希文.山西长平煤业有限责任公司XV号煤层采煤方法及工作面总体设计[R].天地科技股份有限公司开采事业部，2006.

[2] 王俊杰，曹建波.山西长平煤业有限责任公司王台矿井XV2306工作面矿压观测报告[R].2008.

[3] 刘会文,高树棠等.井巷工程[M].北京：煤炭工业出版社,1989，32-58.

Mining practice of XV coal in Jincheng mining area

The mining practice of XV coal in Wangtai mine was introduced.The coal geological condition,mining method,equipment layout,roof treatment,strata control observation and stoping process were elaborated.The mining suggestion was put forward,which provided reference for coal mining under similar conditions in Jincheng mining area.

XV coal;mining;practice

1672-609X（2010）06-0027-04

TD823

B

2010-04-20

黄晋兵（1977-），男，山西长治人，工程师，主要从事采掘技术管理工作。