岱庄生建煤矿31321孤岛工作面安全开采技术

李建军 王 尧 佟文亮

（1.山东省岱庄生建煤矿，山东 济宁 277600；2.山东科技大学矿业与安全工程学院，山东 青岛 266590）

老矿井的煤炭资源日趋紧张，为了保证采掘工作正常接续，提高煤炭资源回收率，许多老矿井开始探讨遗留的孤岛工作面安全开采问题。孤岛工作面顶板矿压显现强烈，尤其是经过旧巷时易发生矿压冲击[1-3]。因此，对孤岛面安全开采进行研究是很有必要的。

1 工程概况

岱庄生建煤矿位于滕南煤田中部。31321工作面为孤岛工作面，开采山西组3上煤层，回采区域内煤厚3.4～3.8m，平均3.6m。该面整体处于一单斜构造内，煤层走向长243m，倾向长333m，煤层倾角6～11°。工作面伪顶在0～1.0m之间，岩性为砂质泥岩，易垮落；直接顶为粉砂岩，局部由细粒砂岩、砂质泥岩组成；基本顶为灰白色中、细粒砂岩。直接底为泥质粉砂岩，泥岩硬度小，遇水易变软，局部直接底为粉砂岩；基本底灰白色中、细粒砂岩。

2 孤岛面巷道支护与采煤工艺

2.1 回采巷道支护设计

工作面运输巷、材料道均为矩形断面，巷道净宽4.0m，净高3.2m，采用锚网索支护；切眼为矩形断面，巷道净宽8.0m，净高3.8m，采用锚网索支护；中间巷为矩形断面，巷道净宽4.0m，净高3.8m，采用锚网索支护。

2.2 采煤工艺

采用综合机械化采煤工艺，一次采全高，全部垮落法处理采空区顶板。采煤机开采高度2.6～4.5m，支架有效支护高度2.2～4.5m，采煤机运行所允许的最小高度为2.6m。因此，确定采高为2.6～3.7m。采煤机滚筒截深为0.8m，移架步距0.8m。

3 孤岛面安全开采技术对策

3.1 矿压观测

为保证孤岛工作面安全生产，必须对其进行矿压观测。

（1）工作面矿压观测。沿工作面采煤机移动方向每隔5架作为一观测剖面，每天（班）统计一次端面顶板破碎及煤壁片帮情况。

沿工作面布置5个测区，每个测区布置两条侧线，每条测线安装两台压力记录仪，全工作面共设置10台压力记录仪，用于监测支架受力的变化情况，分析顶板来压规律。

（2）巷道矿压观测。在巷道超前支护范围内，用测力计检测两顺槽超前支护单体支柱受力变化情况，并对两巷顶板离层、表面位移进行观测。由矿压观测员负责每天采集1次数据，当天录入计算机，并报生技科。初撑力不足时，应通知当班作业人员及时二次注液。

3.2 顶板及顺槽支护设计

根据矿压观测资料，该面老顶初次来压步距约30m，周期来压步距约为11m，工作面两顺槽超前支承压力影响范围约为15m左右。

3.2.1 孤岛面顶板支护与管理

工作面顶板采用液压支架支护，采空区顶板采用全部垮落法管理。

正常回采期间，对顶板采用及时支护方式。在采煤机割煤后，先移支架，再移运输机，即割煤—移架—移运输机。工作面顶板条件差时，采用带压擦顶移架的方式移架。正常移架要滞后采煤机后滚筒4～6架，不得超过6架。顶板破碎或片帮严重时要紧跟前滚筒移架或人工操作超前移架，即割出1架支架的空间后，降滚筒停煤机，承压移架，然后重复操作，直至过完破碎顶板或片帮严重区域进入正常割煤移架部分。

3.2.2 两顺槽超前支护

根据预计的工作面顺槽超前压力影响范围，初步确定对两顺槽进行不小于20m的超前加强支护。采用DW40单体液压支柱配合HDJB-1200铰接顶梁支护，实际支护范围必须根据顺槽矿压显现情况及时进行调整，如两巷内超前压力较大时，应增加超前支护的长度。局部巷道超高段、顶板破碎处要用方木接实顶板，并在铰接顶梁上架设“#”字型木垛接顶。超前支护两端的铰接顶梁必须打两棵单体支柱。（1）轨道顺槽：支设二排HDJB-1200的铰接顶梁配合DW40单体液压支柱支护顶板，步距1.2m，排距2.4m。压力显现明显的地段应在巷道中部加打一排柱梁以加强支护。（2）运输顺槽：支设二排HDJB-1200的铰接顶梁配合DW40单体液压支柱加强支护，步距1.2m，排距2.4m。压力显现明显的地段应在巷道紧靠刮板输送机外沿加打一排柱梁以加强支护。（3）中间巷：使用超前支架支护顶板，支护距离不小于20m。

3.3 孤岛面过老巷技术措施

孤岛工作面开采区域内空巷较多，生产推进过程中通过废弃巷道是不可避免的技术难题。工作面过空巷主要存在以下几个方面的问题：

（1）煤层中空巷由于受工作面超前压力影响，在空巷围岩内会产生一定的变形破坏区域和煤岩破碎区域；工作面过空巷时支架受力大，支护困难，空巷容易发生冒顶、片帮，变形量大等现象。

（2）空巷由于废弃时间过长和缺乏日常管理，空巷中积水、瓦斯等对安全开采有一定影响。

（3）空巷被揭露后，会造成局部的通风系统紊乱，影响工作面供风系统正常运转。

为减少工作面过空巷时的难度，保证安全顺利通过空巷，针对与工作面小角度斜交和平行的空巷，提出以下两种过空巷方案：

（1）与工作面小角度斜交的空巷采取工作面调斜方案。将工作面调成一条斜线，扩大工作面与空巷中心线夹角。工作面推进时，通过插刀调斜法使得煤壁与空巷成一定角度，即使溜子道端头的推进度超前材料道端头15～20m。从而使得工作面逐步与空巷贯通，采煤机逐步割完工作面与空巷形成的“三角形煤体”，这样便于工作面的顶板管理。在工作面与空巷的相交处，以及两者间距离小于10m时，应该使用木垛、贴帮柱等加强工作面的支护。

（2）与工作面平行的空巷采取等压过空巷方案。过空巷期间，顶板能随着工作面推进而自然垮落。采煤工作面煤壁前方形成的支承压力随着工作面的推进而不断向前移动，支承压力峰值可深入工作面前方煤体内2～10m，即工作面推进距空巷此范围内片帮最为严重，距空巷此部分距离时，回采应特别注意安全。根据综采工作面顶板压力动态观测，推断工作面周期来压步距，及时调整推进速度。如果割到距空巷4m时，不来压，必须停止开采，等周期来压过后方可正常推进。

3.4 孤岛面过断层措施

孤岛工作面整体为单斜构造，倾角6～11°，局部略有起伏，区内褶曲构造发育，对开采程度影响较大的断层有6条，分别为F3、F5、F6、F7、F8、F9断层。工作面内不排除隐伏其他小断层的可能性。为减少过断层的难度，保证安全顺利通过断层，提出如下安全措施：

（1）由于31321工作面顶板以砂岩为主，底板为松软的泥岩，工作面通过断层时，尽量不使用放炮方式过断层。对于能够用采煤机截割的位置，采用煤机直接破矸方式通过断层。

（2）为减少放炮工作量，应依据断层的赋存特征，从断层面向机头（机尾）方向进行大角度提刀，保证在10°左右，以减少割岩石部分长度。割岩石部分采高控制在能够过机即可。过断层期间，要加强支护，支架一定要达到初撑力，防止冒顶。在推进过程中当顶板破碎时，必须采取上网措施。

（3）若过断层期间顶底板岩性坚硬，对煤机损坏较大时，必须采取放炮措施通过。

4 结束语

通过分析31321孤岛工作面煤层地质条件，设计了巷道断面与支护方式，合理确定了工作面顶板支护及顺槽内超前支护方法。探索了工作面过旧巷、断层的具体方案，并提出了相应的安全技术措施，对保证孤岛工作面的安全开采具有重要的现实意义。