复杂条件综放安全开采综合技术实践应用

梁一鹏

（山西焦煤汾西矿业宜兴煤业综采队，山西 孝义 032300）

1 工作面概况

宜兴煤矿1203工作面位于-1100水平前组一釆区，埋深880～970m。工作面走向长2100m，倾斜长150m，由西向东推采。当前主采为4#层煤层，厚度为3.5～8.3m，平均厚6.4m，煤层倾角30～35°，直接顶为2.5～9m粉细砂岩，基本顶总厚度为78m，直接底为4.4m厚的中砂岩。1203工作面上下顺槽标高分别为-750m、-840m。较高的原岩应力将给工作面机道及上下顺槽管理带来困难。

工作面采用走向长壁综采放顶煤采煤法开采，割煤高度2.4m，放煤高度4.0m，采放比为l:1.67。采煤机采用端头斜切进刀方式，下行割煤，上行装煤，截深0.6m。液压支架及时移架护顶，由下往上随机顺序带压擦顶移架，临架操作。放煤步距为1.2m，从下往上分段双轮顺序放煤，分段距离30m。

回采工艺流程：上端头斜切进刀→下行割煤→移架→放顶煤→拉后部输送机→上行清浮煤→自下而上推前部输送机→推前部输送机尾→上端头斜切进刀。

2 采煤面临的难题

（1）1203工作面煤层倾角达30～35°，这对开采设备和支架稳定性都有相应的影响，倾角越大重力分力也就越大，同时导致开采设备的下滑力也越大。因此，该工作面开采设备包括运输机、液压支架都有很强的下滑趋势，同时也降低了液压支架的稳定性，容易发生倒架、咬架现象。针对该工作面必须解决大倾角所产生的支架稳定性问题。

（2）冲击地压对1203工作面的影响分析。冲击地压对工作面支护体的破坏一般由冲击载荷引起。现场情况表明该矿4#煤层相应工作面冲击地压发生后产生两个方向的冲击载荷：第一，冲击载荷沿煤层顶、底板的垂直方向前进从而破坏液压支架，造成支架的损坏；第二，冲击载荷沿煤层走向的水平方向前进，促使煤体向采空区突出，同时损坏液压支架结构件的连接效果。

（3）通过4#煤层以往工作面分析，工作面都有顶板水，甚至还有富水区，因此必须考虑到顶板水给1203工作面开采带来的问题。1203工作面为综采放顶煤一次采全高，分析发现上覆岩层裂隙高度会有明显增加，导水高度的增加会导致涌水量的增加，因此顶板水将在控顶区内通过顶煤进入工作面，导致掉顶、片帮现象的发生。同时顶板水的滴落会造成液压支架底座不稳，增大开采设备的下滑趋势，增加开采设备的维修困难，增加下顺槽转载机的前移困难。

3 安全开采综合技术的实践

3.1 设备的防倒防滑

针对1203工作面倾角30～35°，容易发生倒架和设备下滑的情况，在割煤过程中，特制定如下安全技术措施。

（1）从机头往机尾方向拉架时，首先把机头支架拉出并升起、升紧，达到240bar以上，边拉架边调架，即拉出升架时，先应升出侧护板使本架向机尾方向倾斜，再升紧支架，依次类推。

（2）从机尾往机头方向拉架时，先把第四台支架拉出升紧，达到240bar以上，然后拉出第三台支架，升起但不能接顶，升出侧护板使本架向机尾方向倾斜，依次类推进行操作。

（3）利用单体扶倒架时，作业人员应防止单体滑落伤人，给液时采取远方控制，应缓慢升柱，小心单体飞出。

（4）机头端头支架必须用防倒油缸相连，防倒装置必须设置齐全，完好无损。当端头支架向机头方向倒架时，先升紧第二台支架，稍降第一台支架，用防倒油缸扶正第一台支架。

（5）将伪倾角控制在在5～8°的范围之内，可以分解支架的下滑力，起到缓解下滑趋势的作用。

3.2 顶板水治理

该工作面采动所产生的导水裂隙带均达到顶板含水层，顶板水在采动的影响下频繁涌出，严重影响到该工作面的安全生产。经过认真的分析和调查研究，该工作面制定了以“疏”为主的治理方案，采取在顶板富水区施工顶板疏水巷，并辅助打顶板钻孔疏放顶板水的方式。为了确定顶板疏水巷的位置，进一步查明顶板水重点富水区是技术的关键点。

2015年9月26日，在1203上副巷进行了电法物探，初步探出窝头前方煤层顶板内有4个含水裂隙带，分别位于窝头前方11.5～15.5m、19.5～23.5m、31.5～33.5m、42.5～45.5m 处。决定施工两条顶板疏水巷。1号顶板疏水巷，其工程量为60m，岩巷段断面为2.25×2.50m，采用锚喷网支护，局部破碎地段加钢带，喷层厚度100mm。煤层及其过渡段采用工字钢对棚支护，棚距0.6m。为了防止底鼓及出水时冲毁巷道，巷底采用底角锚杆加反底拱进行处理，并喷混凝土100mm，棚脚喷混凝土0.5m高。该巷于9月26日掘进到煤层顶板时，出水量达50m3/h。

后期施工了2号顶板疏水巷，其工程量为170m。该巷开口于1222下副巷沿顶处，巷顶先用金属网、锚杆支护，然后再用工字钢支护，巷底仍然采用底角锚杆加反底拱进行处理，并喷混凝土l00mm，棚脚喷混凝土0.5m高。掘进时，跟头铺设铁皮水槽，凡是出水段及时用花钢管将水集中导出。掘进到位时，出水量达到50m3/h，施工疏水钻孔后，总涌水量达到100m3/h。

1203工作面采煤后，顶板涌水量达到30m3/h。由于该面为倾斜开采，煤层较薄，顶板水沿煤壁流出，造成片帮冒顶，严重影响生产。为了改变这种困难局面，在皮带巷每隔80m施工一个钻场，呈扇形打5个疏水钻孔，孔深100～130m，打钻后，提前疏放出一部分顶板水。同时加强工程质量管理，单体柱下站道木，煤壁及时用荆笆护好，工作面上下副巷铺设好水槽排水，从而确保了该工作面的正常生产。

3.3 冲击地压防治

（1）开采解放层。开采解放层是解决冲击矿压的根本，针对1203工作面设计了相应的开采解放层方案。该矿6#煤层位于4#号煤层40m之下，煤层厚度平均1.05m，为弱冲击煤层。因此在6#煤层布置1609、1610两个工作面为解放层，先期进行开采。1203工作面切眼和停采线均位于1609、1610切眼以里20m，保证1203工作面的保护范围。

（2）采煤工艺缓解煤体应力集中程度。采煤工艺的设计使得推釆期间顶煤提前发生破坏，破坏后的煤体处于支架上方，可以起到塑性垫层的作用，能有效地缓冲顶板，降低冲击地压的破坏程度。开采实践也证明了这一点。

（3）煤层注水。分析1203工作面煤层情况，其透水性较好，因此可以采用煤层注水的措施来对冲击地压进行防治。具体方案：开采前在上下顺槽对工作面煤体进行了超前注水：开采前在上顺槽进行注水，注水孔布置在下帮，孔距10m，孔深40m；开采前在下顺槽进行注水，注水孔布置在上帮，孔距20m，孔深80m。采用天津市天工工程机械公司生产3D2-SZ高压注塞泵高压注水，注水压力6～10MPa。增加含水量在4%左右，使煤体均匀湿润。

（4）综合监测预报措施。监测预警当前冲击地压防治中比较薄弱的环节，针对在监测预警效果不佳时，该工作面就采取了冲击地压综合监测预报措施。在1203工作面上下顺槽利用电磁辐射监测、应力在线监测、微震监测、顶板动态观测等监测办法来对冲击地压的情况进行实时的监测预报，从而可以全方位地了解和掌握冲击危险。当监测数据表明煤体应力上升明显时就需要及时地采取相应的卸压措施。

4 效果

宜兴煤矿1203综放工作面开采条件复杂，受大倾角、顶板水、冲击地压等影响较大，在综合分析相应问题后，有针对性地采用了安全开采综合技术，保证了井下的安全开采。实践应用效果表明，安全开采综合技术有力地保障了宜兴煤矿1203工作面的开采，当前共安全采出煤炭1432万t。该开采技术可以为同类型煤矿的安全开采提供借鉴。