特殊地质条件的大采高托夹矸回采技术实践

邵永彪

（晋煤集团 赵庄煤业有限责任公司，山西 长子 046605）

赵庄矿是800万t/a的大型矿井，井田地质条件复杂，断层破碎带等很发育，主采3号煤层，煤体松软、强度低，煤体裂隙发育。1306工作面为一盘区首个回采工作面，回采时煤层上部出现一层夹矸，厚度0.8～1.5 m，夹矸上有一层厚0.3 m的煤线，不仅严重影响煤质，且给回采带来很大困难。

1 工作面的概况

1）地质概况：1306工作面可采走向长1 962 m，倾斜长219.5 m，煤层厚度3.7～5.4 m、平均4.5 m，煤层倾角平均7°，顺槽巷道及切眼掘进过程中共揭露断层20个，均为正断层，其中对1306工作面回采影响较大的断层7个。岩层柱状特征如表1所示。

表1 岩层柱状特征

2）生产技术条件：1306工作面顺槽巷（皮带巷）道宽度分别为5.4 m、5.2 m，均为矩形断面，采用锚网支护，锚索补强。采煤方法为走向长壁一次采全高后退式，双向往返割煤，沿顶、底板推进，循环进度0.865 m，最大控顶距5.902 m，最小控顶距5.037 m。主要设备如下：SGZ-1000/2×855型刮板运输机，生产能力 2 500 t/h，运输机长度220 m。SZZ-1200/375型转载机，生产能力3 200 t/h，长度33 m。DSJ-140/250/3×400型顺槽皮带2部，生产能力2 500 t/h，皮带宽度1 400 mm。端头支架（6架），ZT12000/28/62D；过渡支架（3架），ZYG12000/28/62D；中间支架（120架），ZY12000/28／62D。支架形式为两柱掩护式电液控制支架，高度2.8～6.2 m，中心距1 750 mm，泵站压力31.5 MPa，支护强度 1.36～1.40 MPa，对底板比压（前端值）2.56～2.82 MPa，初撑力7917 kN，工作阻力12 000 kN。艾柯夫SL-500型采煤机，生产能力2 500 t/h，总装机功率1 815 kW。PCM-375型破碎机，通过能力3 000 t/h，总装机功率375 kW。

2 两巷管理

1）喷浆：顺槽巷道掘进中，由于煤层顶板为泥岩夹矸，采取将夹矸挑掉的方法掘进，这就出现一段超高巷道（可达5～7 m）。为控制超高巷道回采过程的动压影响，减小巷帮水平位移，保证三角区回采安全，在两巷的采面帮进行了喷射混凝土。混凝土强度不低于 C20，料配比(体积比)为：水泥∶砂∶石子=1∶2∶2。水泥标号Po42.5，喷层厚度50 mm。

2）注水泥浆：两巷超高段在喷射混凝土后，采用水泥浆液进行注浆加固。注浆时先进行低压浅孔注浆，孔深2.5 m，间排距1 200 mm×1 200 mm，浆液采用水泥加水玻璃浆液，水玻璃的掺量为水泥用量的 3%～5%，水灰比控制在0.8～1.0，注浆压力控制在2 MPa。在浅孔注浆后，待浆液凝固，进行高压深孔注浆，孔深5 m，采用52.5级普通硅酸盐水泥，水灰比控制在0.5～0.6，掺加水泥量0.7%的高效减水剂，注浆压力控制在3.0～5.0 MPa。

3）超前支护：从煤壁线向外60 m范围内进行超前支护，采用单体液压支柱加长圆木或π型钢梁，单体柱为DW45-150/110LX，支撑高度4.5 m，柱鞋使用XFD-40。超前柱为一梁三柱架棚支设，棚距1 m；顶板条件不好或压力大时，棚距缩小为500 mm，采用一梁四柱。单体柱初撑力110 kN。巷道超高段在圆木上打木垛构假顶，木垛间相互联锁，接实顶板。

3 工作面的治理方案

1）顶板及煤壁控制：大采高情况下，若顶板、煤帮长时间未达到有效支撑，可导致煤壁片帮、夹矸层失稳而掉落。因此在机组割煤时，距采煤机1～2架将护帮板收起，采煤机组滚筒割过后，立即伸出伸缩梁，打出一级防帮板，展开二级护帮板，紧跟采煤机行进要及时推溜、移架，移架时要做到少降、快拉、快升，在煤壁片帮时进行超前拉架，使煤壁始终处于支架护帮板支撑，夹矸层始终处于支架顶梁支撑。

2）加固：工作面煤体裂隙发育、片帮严重时，采用化学注浆进行超前加固，注浆孔深6 m，封孔2 m，孔间距5 m。夹矸薄、极易破碎或地质构造破坏严重时，将注浆眼打穿夹矸及煤线至上覆岩层，将夹矸、煤线、上覆岩层固化成一个整体。施工时根据现场地质条件增减注浆排数或注浆孔间距。单孔注浆结束标准为：达到设计注浆压力，并稳压3 min以上；若虽未达到注浆压力，但周边煤壁漏浆，可停泵一段时间再注，直到达到注浆压力为止。整体注浆结束标准为：顶板完整推到支架切顶线。

3）过断层：为减少断层落差造成工作面局部坡度变大情况，采取断层上盘破顶留底煤、下盘破底板留顶煤、降低断层面前后采高的方法，随平工作面刮板输送机。相邻支架间利用防倒千斤顶连接成为一个整体，在拉架过程中利用调底千斤进行及时垫架，利用侧推千斤及侧护板调架，严防出现挤架、倒架、咬架，使支架处于最佳受力状态。

4 效果分析

1）效果：①工作面出现煤体松软严重、过构造托顶煤、顶矸破碎等情况时，利用化学注浆能快速将煤体及破碎矸石凝结成一个整体，提高围岩强度，避免工作面条件恶化。②两巷超前支护段提前进行喷浆封闭、预注水泥浆，可避免巷道煤帮及顶板在动压下出现煤体疏松、锚杆支护力减弱的情况，可有效减小两帮水平位移，并保证端头端尾三角区的夹矸层在回采时不塌落。③巷道假顶在回采时，端头架直接托住圆木及上面的假顶，对三角区的顶板形成有效支护，构假顶的板梁在支架拉过后从支架后掉落，可进行二次回收利用。④托夹矸前，设备损耗大，机电事故率高，采出的大量矸石对地面构成很大压力，且造成工作面采高过大，丢底煤。托夹矸后，沿顶沿底，不仅避免了上述现象，而且增加了资源回收率。

2）分析：①工作面推进速度慢时，煤壁片帮加剧，两巷位移变形加大，影响安全出口，皮带巷需进行人工开帮。加快工作面推进速度，可减少超前支承压力的影响范围、减少支承压力对工作面及两巷的作用时间，从而减小煤壁片帮程度和两巷位移。②在工作面推进过程中遇构造时，局部支架随坡，导致部分支架的接顶性差。要加强地质预报工作，对探明的构造要提前在工作面进行注化学浆，或在两巷进行长距离深孔注水泥浆，加固构造处的顶板及煤壁。③当采煤机运行速度快、支架工移架速度赶不上机组运行速度时，新暴露的顶板不能及时得到有效支护，会使压力转移，导致顶板破碎、煤壁片帮。因此，各工序之间必须严密配合，合理安排人员，割煤、顶溜、移架速度相匹配。

5 结束语

综合采取上述技术措施，1306工作面已顺利回采结束，能为其它矿区复杂地质条件的大采高回采、高产高效积累经验，具有借鉴参考意义。

[1] 李钊，金兆涛，聂利亚，等.极软煤层大采高综采化学注浆控制片帮冒顶技术[J].煤矿开采，2010，15（6）：57-60.