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風氧化帶影響下零階段綜采面安全開采技術實踐

文檔作者：何姜毅黃旭雷武林周華龍劉傳舉文檔來源：隴東學院能源工程學院		點擊數(shù)：	更新時間： 2020年12月08日
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總第193期
doi：10．3969／j．issn．1005—2798．2015．09．006
風氧化帶影響下零階段綜采面安全開采技術實踐
何姜毅，黃 旭，雷武林，周華龍，劉傳舉
(隴東學院能源工程學院，甘肅慶陽745000)
摘要：當采煤工作面在臨近風氧化帶附近開采時，由于煤層頂?shù)装迨艿讲蓜雍惋L化影響，圍巖強度降低．
兩巷維護困難，一直成為綜采工作面安全開采的一大難題。文章以某礦1202(3)工作面在上提面風氧化帶
等極破碎頂板條件下，采用大斷面架棚支護、大功率設備、大采高支架等生產技術條件下，分析了零階段綜
采面在回采過程中遇到的制約生產的影響因素及采取的有效技術對策，并總結實踐經驗，對相似條件開采
的工作面提供參考借鑒
關鍵詞：風氧化帶；零階段；安全開采；技術實踐
中圖分類號：TD752．2 文獻標識碼：A 文章編號：1005—2798(2015)09．0016．03
Zero Phase M ining Safety M ining Technology Practice under
the Influence of the W ind Oxidized Zone
HE Jiang-yi，HUANG Xu，LEI Wu-lin，ZHOU Hua-long，LIU Chuan-ju
(Energy Engineering College ofLongdong College，Qingyang 745000，China)
Abstract：As the mining face promoting，the roadway by the mining and weathering effects when mining zero phase near oxidation zone
maintain difficult，it becomes a big problem of the mine safety．This paper is based on 1202(3)working face with a broken and oxidi—
zing conditions，under the shelf support with large section，large mining equipment，a higher bracket for production technology，analyzes
the factors influencing production at zero stage，take an effective technique，and sum up experience to provide information for the similar
working face．
Keywords：effloreseent oxygenized behs；zero stage；safe mining；technology practice
近年來，隨著礦井生產能力的不斷提高．采場接
替變得Et趨緊張，為了提高資源回收率，最大限度地
獲取效益。這就需要提高回采上限，通過這種方式能
夠合理開發(fā)煤炭資源，提高煤炭資源采出率，緩解采
場接替緊張，延長礦井服務年限。
C13—1煤層為某礦主采煤層之一．該煤層屬
“三軟”煤層，煤層上覆的復合頂板具有“軟、弱、薄”
三大特點，綜采工作面在零階段接近風氧化帶附近
開采時．由于煤層頂?shù)装迨艿讲蓜雍惋L化影響，巷道
圍巖強度降低，且上提面壓力大，面內頂板普遍破
碎，回采期間極易片幫漏頂，造成直接頂漏空使支架
達不到規(guī)定的初撐力，支護效果差；同時，頂板來壓
易造成支架歪斜失穩(wěn)，給工作面的頂板管理帶來很
大困難．嚴重制約工作面推進度，造成面內形成惡性
循環(huán)．若處理不當將導致工作面壓“死架”，給礦井
16
生產造成重大的經濟損失 卜 。
1 工作面概況
1202(3)工作面為西一采區(qū)零階段提高上限開
采工作面，該面走向長936 m，傾向長120．2 11'1，煤層
傾角13．1。，工作面標高一377．9～ 一424．0 m。該面
上巷圍巖由于不同程度地受到風化影響，其強度降
低、穩(wěn)定性差，巷道長期處于流變狀態(tài)；下巷為沿空
掘巷，巷道與原1202(3)回風巷煤柱4 m，工作面東
起 斷層，西至F 斷層，南到原1202(3)運輸巷，北
至13—1煤一377．9 ITI頂板標高線，該面煤層穩(wěn)定，
平均煤厚5．4 In，柱狀圖如圖1所示，煤層性質為黑
色，塊狀或片狀，局部發(fā)育1—2層泥巖軟弱夾層，上
層夾矸厚度0～0．7 m：下層夾矸不穩(wěn)定，局部地段
發(fā)育。厚度0～0．6 In。
收稿日期：2015-03—19
作者簡介：何姜毅(1982一)，男，甘肅慶陽人，碩士，講師，從事礦山壓力、巷道圍巖控制等方面的研究工作。
2015年9月 何姜毅等：風氧化帶影響下零階段綜采面安全開采技術實踐 第24卷第9期
2 巷道布置及支護形式
本面掘進期間上下巷跟13—1煤層頂板及破碎
頂板區(qū)段或跟13—2煤層頂板掘進，而在掘進時由
于頂板破碎．在掘進中采取破直接頂0．8 m進行施
工，主要采用架29號U型棚支護，巷道斷面為直墻
半圓拱，斷面尺寸：凈寬× 中高=5 000 mm X
3 700 mm，具體支護參數(shù)見表1。
層厚／m 柱狀 巖性
3_3
， ，，
細粒砂巖，含沙量不均勻，局部組變?yōu)?
砂質泥巖
呢巖，灰一深灰泥質結構，性脆
細砂巖，局部含一層炭質泥巖或煤線
砂質泥巖，灰色，以泥質為主，含砂量不
均勻．塊狀結構．局部含植物碎片
l3—2煤，黑色，玻璃油臘光澤，亮煤為
主，屬半亮型煤
泥巖，灰一深灰色，性脆，含植物化石碎片
13—1煤，黑色，粉末狀一塊狀，亮煤為主，屬平型
毒懂 屆部枯育一屢盎幾屢賣矸．厘3 72～6．49 m
泥巖，深灰色，泥質結構，塊狀構造，局
部層見有植物碎片．性較脆
砂質泥巖，淺灰一灰色，細砂巖及淺灰色泥質砂巖量互
3．5 ＼
J
／
層狀，局部含大量白云母及暗色礦物，以砂質泥巖為主
3．4 ＼
3．7 ‘＼
O．69
1．3 ／、} —_
14．26 _
1．4
3 中細砂巖，淺灰～灰色，見云母片及炭屑，泥
．9 質膠結
， 夾細砂巖薄層及泥質條帶，顯層理
圖1 12o2(3)綜合柱狀圖
3 制約生產的影響因素分析及施工關鍵控
制技術
3．1 支架穩(wěn)定性關鍵控制技術
支架架型是大采高工作面順利回采的關鍵保
障，而支架的橫向失穩(wěn)是回采過程中最易出現(xiàn)而且
最難解決的問題．支架的橫向失穩(wěn)主要受上覆巖層
頂板破碎影響，回采過程中極易片幫漏頂。支架與頂
板難以充分接勁，極易歪斜失穩(wěn)。控制支架架型重
點要做好以下幾方面：一是支架架型要“寧上勿
下”，即支架下立柱要略“明”上立柱，使支架重心整
體向上偏移。有利于在回采過程中對支架架型的控
制；二是要嚴把工作面規(guī)格質量，煤機司機要將頂?shù)?
板割平整，嚴禁由于底板不平整造成支架歪斜失穩(wěn)
現(xiàn)象；三是對吊斜支架要及時使用調底和側護板千
斤頂或采用單體遠距離供液進行輔助支撐調架：四
是支架要達到額定的工作阻力．確保支架頂梁與頂
板能夠充分接勁；五是重點抓好兩端頭支架架型控
制，即在工作面下端頭1—3號用伸縮梁千斤頂作為
錨固千斤頂在架前及四連桿上加裝獨立的防倒千斤
頂，確保起到應有的錨固作用 6 ；同時，上端頭以
79號架作為掩護架，其架身必須要“平、穩(wěn)、正”，有
表1 1202(3)工作面上下巷支護參數(shù)
利于對上端頭支架架型的控制
3．2 工作面防片幫關鍵控制技術
本面由于受風氧化帶及超前支承壓力影響．且
周期來壓步距短(8～10 m)，工作面煤壁側所承受
的支承壓力大，回采過程中煤壁易整體片冒造成
“壓車”，現(xiàn)場重點是規(guī)范支架工操作行為。采取跟
機作業(yè)，支架全部拉超前支護，并打開護幫板護住煤
幫，割煤采取不收護幫板，即煤機前滾筒從護幫板下
割煤后及時伸出伸縮梁，減少頂板漏矸量，由于不收
護幫板，工作面采高要控制在3．5 m；其次對易片幫
段要降低煤機割煤速度，防止煤量增大造成“壓
車”，并在易片幫支架段采用大板、木拉條在電纜槽
上綁扎擋煤板，防止淤煤(矸)漫電纜槽及支架架
腳，并及時清理架前、架檔內的浮煤矸．防止煤矸進
入支架底座箱造成“滯架”；三是支架頂梁要保持平
直，架間要合實，減少架前、架間漏矸[卜 。
3．3 采向控制關鍵技術
在工作面推進過程中，采向是否合理決定了
工作面出煤狀況的好壞，由于受工作面落差、底板
狀況、支架架型等因素影響，刮板機位置常發(fā)生上
17
何姜毅等：風氧化帶影響下零階段綜采面安全開采技術實踐 第24卷第9期
竄或下滑現(xiàn)象，使工作面刮板機與轉載機搭接狀
況不佳，刮板機頭底鏈拉回頭煤，導致底鏈噎煤
矸，刮板機電機負荷增大。由于工作面傾向距離
短，采向變化突顯刮板機“靈活”，回采期間應保持
合理穩(wěn)定的采向值，即采向控制在2．0 113，工作面
偽斜度由設計5。調整為2o．并采向調整采取端頭
微調控制技術，即煤機割煤至端頭時．在一端抵夠
進刀截深，在另一端略扣進刀截深，避免端頭多進
或少進的甩硐、并硐造成刮板機急上急下．不利于
支架架型的控制。
3．4 兩巷頂板的安全控制
1) 本面兩巷主要采取架29號u型棚支護，
超前工作面煤壁60 m在u型棚梁中間挑姊妹棚管
理頂板；局部錨網索支護段在回采前進行超前挑棚，
上巷距巷幫400 mm處各挑一排，巷道中間挑一排：
下巷距巷幫400 mm處各挑一排，距轉載機或膠帶
輸送機下沿300 mm處挑一排，并動態(tài)保持超前挑
棚距離符合要求。
2) 回采期間對巷道頂板破碎、壓力顯現(xiàn)強
烈、應力集中區(qū)、巷道三岔門等特殊地段，采取增加
走向挑棚距離或超前套棚進行加強支護。
3) 在上、下端頭1號、82號支架架邊0．2 m
處．用I11—6．5 m礦用工字鋼為棚梁各架設一組跨
工作面刮板輸送機頭、機尾雙抬棚。一梁五柱，交替
邁步前移．邁步步距1．6 m。保持其中一根工字鋼梁
端與支架后立柱平齊。
4) 上下巷回采期間礦壓顯現(xiàn)特征。① 上巷
礦壓顯現(xiàn)特征。回采期間在上巷超前工作面煤壁
80 m均布8個測點，采用巷道“十字法”進行觀測，
上巷礦壓顯現(xiàn)基本呈現(xiàn)兩個階段：第一階段為采動
影響區(qū)，距工作面前方15 m范圍內，巷道圍巖變形
顯現(xiàn)明顯，其頂?shù)装褰^對位移量500 mm，相對位移
量450 mm．兩幫絕對位移量480 mm，相對位移量
480 mm；第二階段為基本穩(wěn)定區(qū)，距工作面前方
15 in向外，巷道圍巖基本無明顯變形。②下巷礦壓
顯現(xiàn)特征?；夭善陂g在下巷超前工作面煤壁80 m均
布8個測點．采用巷道“十字法”進行觀測，下巷礦壓
顯現(xiàn)呈現(xiàn)三個階段：第一階段為采動影響劇烈區(qū)，距
工作面前方20 m范圍內。巷道圍巖變形顯現(xiàn)明顯，其
頂?shù)装褰^對位移量1 070 1／11／1，相對位移量190 mm，兩
幫絕對位移量1 120 mm。相對位移量420 mm；第二
階段為采動影響區(qū)。距工作面前方2O～60 m，巷道
頂?shù)装褰^對位移量650 mm，相對位移量150 mm，兩
幫絕對位移量870 mm，相對位移量310 mm；第三階
段為基本穩(wěn)定區(qū)，距工作面前方60 m向外，巷道圍
巖基本無明顯變形(圖2)。
18
3．5 松散煤體超前注漿加固技術的應用
本面注漿加固主要針對受風氧化帶及地質構造
帶雙重疊加影響造成的工作面片幫漏頂現(xiàn)象，現(xiàn)場
采取在面內施工走向注漿鉆孔與上巷順層注漿鉆孔
相結合的立體注漿加固工藝，對工作面松散煤體所
形成的弱化區(qū)采取注固瑞特201進行結構補強．提
高煤體的承載能力。上巷順層注漿鉆孔選擇布置在
上巷下幫煤巖接合面以下0．2 m．鉆孔沿上巷走向
順層水平布置于煤體內，鉆孔間距3．0 m，鉆孔深度
分別為4．0 m淺孔和7．0 m深孔交替排列(圖3)，
其中4．0 m淺孔主要用于控制工作面機尾上三角加
固，7．0 m深孔主要用于超前加固松散煤體；面內走
向注漿鉆孔選擇布置在受風氧化帶影響明顯、頂板
破碎的支架段，鉆孔位置距支架架頭下0．2～1．0 m，
鉆孔深度7．0 m：同時，煤巖體不同部位的破裂程
度、裂隙分布情況是不一樣的，注漿量波動較大，單
一的加大注液量，一方面出現(xiàn)跑、漏漿現(xiàn)象，造成注
漿成本增加I1。。坨]：另一方面漿液存在偏流效應，在
注漿過程中漿液易向裂隙更為發(fā)育的煤巖體內滲
透，因此不能單一的以“量度”決定“強度”，通過現(xiàn)
場實驗觀察，在松散煤體內，4．0 m淺孔注液量在
15～20組，7．0 m深孔注液量在30～35組，基本能
夠滿足現(xiàn)場加固要求。
500
目400
皿刪300
登200
靛1oo
翠o
- 1oo
圖2 上下巷圍巖相對位移量
上巷
圖3 注漿加固鉆孔布置平面不意(m)
1) 工作面傾斜長度設計合理，單循環(huán)割煤所
需時間短。確保了工作面推進度：回采期間工作面瓦
斯相對涌出量為0．49 1TI ／t。消除了瓦斯對生產的制
約：大斷面架棚巷道回采期間只回煤壁側棚腿，并采
取相同回棚工藝及不同支護形式，在滿足支護強度
的前提下，確保了工作面推進度；1202(3)工作面提
高上限開采4．6～12．1 m，提高上限段的可采儲量
24．3萬t。該面自試生產到收作擴面結束，共累計
安全生產原煤107．75萬t， (下轉第21頁)
2015年9月 張中嶺：三相泡沫防滅火技術在自燃采面的應用 第24卷第9期
速有效治理。鉆孔布置充分考慮到其灌注滅火材料
的流動覆蓋范圍、火區(qū)的發(fā)展情況而定。
根據現(xiàn)場實際情況，選擇在21021下副巷距切
巷47 m處的鉆場開拓長15 m、寬3 m、高2．5 m的
防滅火措施巷．并在措施巷內向工作面采空區(qū)方向
圈定的火區(qū)布置9個高位防滅火鉆孔(如圖3所
示)．圖中0號孔為之前施工的取氣樣鉆孔。
4) 局部均壓減少漏風。鑒于封閉火區(qū)內漏風
線路多，漏風復雜?；饏^(qū)治理前應對可能導致21021
產生漏風的通道進行封堵，并通過局部增壓，減少該
工作面漏風量。
5) 灌注三相阻化泡沫治理火區(qū)。在建立防滅
火系統(tǒng)及實施上述措施的基礎上，啟封前，主要利用
實施的9個防滅火鉆孔向圈定的火區(qū)往復式灌注三
相阻化泡沫材料。其灌注覆蓋區(qū)域為停采線后10 m
立
(上接第l8頁)最高月產26．17萬t，最高月推進度
為201．3 m。
2) 大斷面架棚支護巷道采取在巷中超前施工
固棚錨索或超前套棚進行加強支護，控制了頂板下
沉量；同時選擇了合理的回棚工藝，煤壁側u型棚腿
超前回收，保證了工作面的正常推進速度。
3) 巷道支護設計要提高初始支護強度，消除
圍巖的初期松動和變形。充分發(fā)揮圍巖的自承載能
力，使支護結構體與圍巖及時共同承載，加固巷道幫
角，使幫角的應力集中向圍巖較深部轉移，減緩巷道
上覆巖層活動的劇烈程度；巷道回采期間要提高對
特殊地段的敏銳性，如斷層破碎帶、應力集中區(qū)、頂
板淋水處、頂板富含煤線等軟弱層位的地段、交叉
點，必須要采用架棚、噴注漿及錨索網分步聯(lián)合支
護。
參考文獻：
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2005
體范圍。共計注入黃土量947 m ，水量1 914 m ，發(fā)
泡劑用量14．8 t。
4 火區(qū)治理效果
4．1 封閉區(qū)內氣體濃度分析考察
通過礦用抽氣泵對防滅火鉆孔及21021上副巷
密閉內氣體取樣，并用氣相色譜儀分析，結果表明：
封閉區(qū)內CO等火災標志性氣體呈連續(xù)快速的下降
趨勢，其中CO快速降至零。
4．2 溫度探測分析考察
在火區(qū)治理期間，利用WRNK一194型鎧裝熱
電偶和WSK一101測溫儀通過滅火鉆孔對采空區(qū)溫
度探測。結果顯示：采空區(qū)內部溫度一直維持在
20 cc以下。因此，可知在三相阻化泡沫覆蓋、降溫
等防滅火功能作用下，火區(qū)已得到有效的治理，并持
續(xù)穩(wěn)定。
5 結語
三相泡沫技術在宏達煤礦的成功應用。填補了
鄭州礦區(qū)三軟煤層火區(qū)治理的技術難題．對自燃煤
層的礦井有一定的借鑒價值。
[責任編輯：路方】
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[責任編輯：路方】
21

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