特厚煤层综放工作面合理参数确定

秦庆举，王之永，朱启杰，刘 刚

特厚煤层综放工作面合理参数确定

秦庆举，王之永，朱启杰，刘 刚

(陕西金源招贤矿业有限公司，陕西 宝鸡市 721500)

根据国内超长综放工作面开采现状，从工作面通风、瓦斯、自燃发火、顶板离层水及冲击地压等安全角度对某矿井超长综放工作面的可行性进行分析，在不改变工作面装备设备能力的前提下，对工作面参数进行优化，不仅增加了工作面可采储量，而且减少了复杂的联巷设置、准备工程量以及工作面安装、拆除次数。工作面优化后，多回收煤炭资源365.5万t，效益增加135689万元，产生了极为显著的经济效益。

特厚煤层;综放工作面;装备水平;参数优化

近年来，随着采矿装备技术水平的提高、各地煤矿升级改造以及采掘接替等问题的提出，加长工作面已成为矿井高产高效集中生产的主要技术方向之一。工作面加长，不仅能提高工作面单产、方便巷道布置、简化生产系统、有利于矿井高度集中生产，而且能有效降低成本，提高资源回收率；但工作面长度增加后，工作面覆岩的破坏与运动规律将发生改变，间接表现为工作面矿压显现规律不同[1−2]，进而导致工作面管理难度加大，推进度下降，反而不利于稳产高产。超长综放工作面回采主要受工作面煤层赋存条件、配套设备的装备水平、通风安全及其他地质灾害等条件的制约。

因此，合理确定工作面长度对于安全高效回采至关重要。

1 矿井首采区概况及地质特征

某矿井设计生产能力为2.40 Mt/a，首采面为1307综采放顶煤工作面。井下主运输采用带式输送机运输，井下辅助运输系统采用防爆柴油机车+单轨吊接力运输方式，通风采用中央并列抽出式。设计可采煤层采用单一走向长壁后退式采煤方法，全部垮落法管理顶板。

矿井首采区赋存有2煤和3煤，其中2煤赋存面积较小，且勘探程度较低，为局部可计量不可采煤层。3煤厚度0.8～24.3 m，平均14.8 m，结构简单，平均夹矸厚度0.73 m，局部含夹矸0～5层，单层夹矸厚0.20～1.45 m，一般小于0.5 m。夹矸岩性为炭质泥岩、泥岩及泥质粉砂岩。首采区内3煤开采厚度0.80～25.75 m，平均15.5 m，煤层倾角0°～27°。3煤层有麦里沟向斜、四郎沟向斜，两向斜轴部向西南倾伏。向斜走向NEE，北翼煤层倾角较陡，约为14°～17°，南翼煤层倾角较缓，约为4°～11°。据三维地震资料，区内共发现断层21条，大于50 m的断层2条，落差20～50 m的断层2条，落差10～20 m的断层11条，落差5～10 m的断层6条，以上断层全部为正断层。

2 存在问题分析

首采区工作面及区段煤柱原设计参数以“小”为特色，即小工作面、小区段煤柱，如图1所示。首采区东翼布置4个工作面，自上而下分别为1301，1303，1305，1307；西翼布置4个工作面，自上而下分别为1302，1304，1306，1308。工作面倾向长度155 m左右，区段煤柱宽度8 m。根据矿井建设与生产规划，首采区两翼跳采，首采面1307（东翼）→1304（西翼）→1305（东翼）→1302（西翼）→1303（东翼）。首采区工作面原设计面长155 m，较为保守，且工作面单产低，巷道布置复杂，工作面拆除、安装频繁，生产接续紧张，经济成本高。因此，工作面原设计长度不能满足生产需求，需对工作面参数进行研究。

3 工作面合理参数研究

超长综放工作面回采主要受工作面煤层赋存条件、配套设备的装备水平、通风安全及其他地质灾害等条件的制约，因此本文基于以上几个角度对超长综放工作面的可行性展开分析。

3.1 超长综放工作面装备水平可行性分析

根据国内超长综放工作面开采现状（见表1），参照临近郭家河煤矿、崔木煤矿设备配置情况，按照2.40 Mt/a设计产能，同时结合地质条件等具体情况，该矿选取的综放设备型号为：基本架（ZF16000/21/38），过渡架（ZFG16000/26/38），采煤机（MG650/1510-WD），前后部运输机（SGZ1000/2×855），转载机（SZZ1200/525），破碎机（PCM400），工作面装备设备能力满足超长工作面布置。

图1 首采区工作面原布置方案

表1 国内超长综放工作面设备应用现状

3.2 超长综放工作面安全性分析评价

基于工作面通风、瓦斯、自燃发火、顶板离层水及冲击地压等安全角度对超长综放工作面的可行性进行分析。

3.2.1 超长综放工作面通风分析

矿井通风方式为中央并列式，机械抽出式通风。主斜井和副立井进风，回风立井回风。主要通风机目前负压为1390 Pa，矿井回风量为6840 m3/min。根据矿井主要通风机的性能测试报告，矿井通风设备及系统满足超长综放工作面回采通风要求。

3.2.2 超长综放工作面瓦斯防治分析

为保证超长工作面正常回采，借鉴国内高瓦斯综放工作面瓦斯治理经验，结合矿井现有的瓦斯治理成熟技术，采用“瓦斯预抽+通风优化+监测监控”相结合的瓦斯综合治理措施，具体措施如下：

（1）在超长综放工作面煤层中采用采前预抽、边采边抽等瓦斯抽采措施，同时回采期间采用高抽巷及抽采管路抽采采空区瓦斯，能够有效降低回采期间工作面瓦斯浓度，保证瓦斯治理取得良好 成效。

（2）采用回风隅角埋管抽放降低回风隅角瓦斯浓度。工作面回采前在回风隅角预埋抽采管路，管口位于采空区一侧，与地面抽采泵站相连。回风隅角瓦斯浓度增大时，对回风隅角进行抽采，确保回风隅角瓦斯浓度符合规定。

（3）优化通风系统，巷道设计、施工时增加通风断面，回采时保证配风量满足回采需求。

（4）按照《煤矿安全规程》及AQ标准安装瓦斯传感器，与监控分站相连，实现工作面及有关电气设备的瓦斯电闭锁。

3.2.3 超长综放工作面自然发火防治分析

根据中煤科工集团重庆研究院有限公司鉴定结论：3煤层为I类容易自燃煤层，自然发火期最短为27 d，采取综合防灭火措施，建立了灌浆防灭火系统、氮气防灭火系统和束管监测系统。工作面回采期间采取进回风隅角垛袋、喷洒瑞克罗尼，加强人工监测等措施，保证了现有工作面正常回采。根据现有经验及条件，在一定回采速度以及防灭火技术措施的基础上，可以保证3煤层超长综放工作面的正常回采。

3.2.4 超长综放工作面顶板离层水防治分析

矿井首采区直接充水含水层为延安组煤层及其顶板砂岩裂隙含水层、直罗组砂岩裂隙含水层及侏罗系中统宜君组、洛河组砂砾岩含水层，充水方式为顶板进水，离层水。在工作面回采期间，充水性水源主要为侏罗系中统宜君组、洛河组砂砾岩含水层。

为防止工作面回采期间顶板离层水害溃入工作面，造成压架及水灾事故，在地面施工直通式导流泄水孔，确保地面直通式导流泄水孔影响范围覆盖整个工作面，使离层水由瞬间大量涌水改为不间断小流量涌水，达到对离层空间积水疏放的目的，不会因离层水造成影响安全生产的情况发生，保证工作面安全回采。同时工作面严格按设计要求完善排水系统，保证排水系统畅通。

3.2.5 超长综放工作面冲击地压防治分析

针对煤层本身的应力集中和采空区侧的顶板悬顶情况，掘进期间采用大孔径钻孔卸压和顶板深孔爆破等方法进行处理，可减小发生冲击地压的危险[3]。回采期间，采用KJ959微震系统、KJ550—2应力在线监测系统、钻屑法对构造加强探查与监测。当监测有冲击危险时，及时采用大直径钻孔进行卸压，卸压参数参照强冲击危险区域参数施工，当采用大直径钻孔卸压效果不明显时，再对煤层实施爆破卸压，流程如图2所示。

图2 综合监测解危体系流程

4 参数优化前后对比分析

（1）原设计方案工作面储量280~400万t，优化后工作面储量420~600万t。增加了工作面可采储量，延长了工作面服务时间，缓解了生产接续紧张局面。

（2）经济效益。首采区东翼少布置1个工作面，少掘进巷道5920 m，工作面少安装、拆除各1次。节约资金约7764万。首采区西翼1302工作面采用“刀把”形布置，多回收煤炭资源320.3万t，经济效益112105万元；1308工作面“调斜”形布置，多回收煤炭资源45.2万t，经济效益15820万元。

（3）安全效益。巷道掘进施工及工作面安装、拆除均需施工组织，过程控制及安全管理均存在一定风险，少布置一个工作面，给企业带来极大的安全效益。

工作面参数优化后也存在以下缺点：

（1）1302工作面上顺槽靠近3煤边界，煤厚不确定，对将来回采带来一定风险；

（2）1302工作面“刀把”形及1308“调斜”形不规则布置，易造成局部多倍甚至十几倍的应力集中，不利于冲击地压防治。

5 结 论

本文从开采技术到装备水平到通风、瓦斯、自然发火、顶板离层水害及冲击地压等安全因素的评价，对超长综放工作面可行性进行了分析，得到以下结论。

（1）目前开采技术及矿井装备水平完全可以满足超长综放工作面回采要求。

（2）保证超长工作面通风量；严格执行瓦斯检测及抽采，制定高瓦斯矿井管理措施；采取相应的防灭火、防治水及防治冲击地压措施，可以保障3号煤层超长综放工作面的安全回采。

（3）首采区东翼南部以1307工作面风巷煤柱为界，北部以DF7断层保护煤柱线为界，由原来4个工作面调整为3个工作面，自上而下分别为1303，1305，1307，其中1303和1305工作面面长210 m。

（4）3号煤边界线上移，将1302工作面上移，采用“刀把”形布置，以保证上部煤炭资源回收；1304和1306工作面则由原来的155 m长增加到195 m；将1308工作面“调斜”形布置，既避开了3煤下部边界外无煤区，又进一步加长了工作面，面长由155 m增加到180 m。

[1] 曹胜根,缪协兴.超长综放工作面采场矿山压力控制[J].煤炭学报,2001,26(6):621-625.

[2] 缪协兴,钱鸣高.超长综放工作面覆岩关键层破断特征及对采场矿压的影响[J].岩石力学与工程学报,2003,22(1):45-47.

[3] 秦子涵.宽煤柱条件下沿空巷道冲击地压防治技术研究[J].煤炭工程,2016,48(44):76-79.

(2019-04-01)

秦庆举(1986—)，男，安徽砀山人，硕士研究生，工程师，从事生产技术管理工作，Email: qqj521@163.com。