工作面遇端头陷落柱高效开采技术_常海雷.pdf

工作面遇端头陷落柱高效开采技术 常海雷，蒋春林 山西天地王坡煤业有限公司，山西 晋城 048021 ［ 摘 要］王坡煤矿 3205 工作面端头遇一走向长约 64m，倾向长约 35m 的陷落柱，为保证工作 面正常开采，工作面避开陷落柱，布置长度分别为 99m，78m 主辅 2 个切眼，应用 “厚壁筒”突水机 理对陷落柱突水性进行了分析，通过采用两步对接法和对出煤系统的优化，缩短工期 15d，运输机和 支架对接间距分别为 50mm，100mm，实现了主辅切眼的快速对接和工作面的正常回采。 ［ 关键词］陷落柱; 开切眼; 突水; 对接 ［ 中图分类号］ TD823. 4［ 文献标识码］ B［ 文章编号］ 1006- 6225 201504- 0043- 03 High- efficiency Mining Technology of Face Mining through Face- end Collapse Column ［ 收稿日期］ 2014－11－27［ DOI］ 10. 13532/j. cnki. cn11－3677/td. 2015. 04. 012 ［ 作者简介］ 常海雷 1968－ ，男，山西晋城人，工程师，山西天地王坡煤业有限公司安全副总经理，从事煤矿安全生产方面管理工作。 ［ 引用格式］ 常海雷，蒋春林 . 工作面遇端头陷落柱高效开采技术 ［ J］ . 煤矿开采，2015，20 4 43－45. 1工作面概况 王坡煤矿 3205 工作面总体为简单向斜构造， 煤层底板起伏较大，整体东高西低。工作面设计长 度 180m，工作面走向长度 2000m，工作面自北向 南推进。1 号陷落柱位于切眼处，走向长约 64m， 倾向长约 35m，工作面布置避开陷落柱，布置大小 2 个切眼，主切眼长 99m，辅切眼长 78m。工作面 采用 U I 型布置，进风巷设计净宽 5m，净高 3. 1m; 回风巷设计净宽4. 5m，净高3. 4m; 瓦斯尾 巷设计净宽 3m，净高 2. 8m; 工作面切眼设计净宽 7. 5m，净高 3. 1m。工作面布置如图 1 所示。 图 1 3205 工作面布置 23205 端头陷落柱突水危险性分析 3205 工作面所在 3 号煤层位于二叠系下统山 西组下部，煤层平均埋深为 595m，平均厚度为 5. 97m，以黑色亮煤为主，局部煤质松软破碎，局 部含有2 层夹矸，煤层倾角2～10，平均为6，煤 层单轴抗压强度平均为 15. 5MPa。基本顶为中砂 岩，厚 度 平 均 8. 89m，单 轴 抗 压 强 度 平 均 为 74. 1MPa; 直接顶为砂质泥岩，平均厚度 4. 00m， 单轴抗压强度为 41. 6MPa; 伪顶为炭质泥岩，平均 厚度 0. 3m，单轴抗压强度平均为 11. 0MPa;直接 底为泥岩或细粉砂岩，平均厚度 2. 10m，单轴抗压 强度平均为 36. 7MPa; 老底为中砂岩，平均厚度为 2. 10m，单轴抗压强度平均为 74. 1MPa。 国内对陷落柱的形成机理 ［1－4 ］主要由康彦仁重 力学说、钱学博膏溶学说、王锐循环说、徐为国真 空吸蚀说等。陷落柱的突水机理 ［5－7 ］主要有尹尚先 “厚壁筒”力学机理、许进鹏推导导水机理力学判 据、杨为民和司海宝导突水陷落柱力学模型。 由于 3205 工作面 1 号陷落柱穿过煤层，保安 煤柱留设 15m，厚度宽度比＞1/5～1/7，符合厚壁 筒突水子模式 ［8－9 ］。则 1 号陷落柱突破煤柱临界水 压为 PC 4h M ［ H0γd Mγ g tanθ c］－ Q 1 式中，h 为关键层宽度; M 为煤层平均厚度; γd为 顶板岩体容重; γg为隔水层岩体容重; θ 为内摩擦 角; c 为黏结力; H0为工作面顶板垂深;Q 为矿山 压力。 将本工作面参数 h 12. 8m，M 5. 97m，H0 120m，γd2710 －3 kN/m3，γg 14. 210 －3 kN/m3， θ23，c2MPa，Q 26MPa 带入公式 1中计 算得 PC2. 03MPa。 3205 工作面底板标高 535～580m，奥灰水静水 34 第 20 卷 第 4 期 总第 125 期 2015 年 8 月 煤矿开采 COAL MINING TECHNOLOGY Vol. 20No. 4 Series No. 125 August2015 ChaoXing 位标高 580～595m，3 号煤层底板距峰峰组顶板厚 度 103. 73m，计算工作面底板隔水层的实际水压 P 595－535103. 739. 810 －3 1. 6MPa 2 小于 1 号陷落柱突破煤柱临界水压力 PC，端 头 1 号陷落柱无突水危险性。 33205 工作面主辅切眼对接前回采 3. 13205 工作面设备安装 辅助切眼安设 1 号～3 号 ZFG6400/18/32 型过 渡放顶煤支架，4 号 ～ 52 号 ZF6000/17/32H 型放 顶煤支架，53 号、54 号 ZF6000/17/32H 型放顶煤 支架放置在出煤联巷内后期对接，主切眼安设 55 号 ～ 117 号 ZF6000/17/32H 型放顶煤支架，118 号、119 号 ZFG6400/18/32 型过渡放顶煤支架，前 后输送机均为 SGZ764/630 型刮板输送机，采煤机 为 MG300/700－WD 型双滚筒采煤机。 通过井上井下同时工作，工作面三机定位， 45d 完成工作面设备的安装，比原计划提前 15d。 工作面安装进度如表 1 所示。 表 1工作面安装进度 位置安装项目数量工作时间/d 运输巷 1 部胶带输送机2000m 10 转载机55m3 破碎机1 部1 乳化泵2 个 喷雾泵2 个1 移变5 个 工作面 总供液管路500m1 进风巷供水管2000m3 前部输送机180m3 后部运输机180m2 普通液压支架114 架12 端头液压支架5 架3 采煤机1 部2 工作面、 运输巷 供电开关、电缆、照明4 总计45 2. 2工作面初采初放 初采前首先布置好出煤运输系统，根据现场实 际情况，提出 2 套出煤方案。 方案 1主切眼前部/后部刮板输送机→ 1 号探 巷内 75 溜→出煤联巷内刮板输送机→转载机→巷 道胶带机→集中主运行胶带机→主井煤仓。 方案 2主切眼前部/后部刮板输送机→ 1 号探 巷内 75 溜→辅助切眼→转载机→巷道胶带机→集 中主运行胶带机→主井煤仓。 经分析比较认为方案 1 合理可靠，出煤系统增 加了出煤联巷后可以保证后期主辅切眼的顺利对 接，若出煤运输系统经由辅助切眼运输，当主切眼 工作面持续推进到距离对接位置 3m 处，主切眼输 送机机头无法通过探巷内过渡槽和机头，从而导致 主切眼内回采煤炭不能正常运输。 初采前按照 “三直两平两畅通”对工作面刮 板机直线度、支架直线度进行调整，使用木板梁或 枕木对局部底板不平处进行铺垫。前三刀采煤机最 小控顶距割煤，刮板输送机调至低速状态运转，逐 步调整采高至 2. 8～2. 9m，初采第 1 刀对煤壁进行 刷帮，刷帮深度不大于 300mm。 主切眼回采期间，采煤机每割透 2 个机头拆除 1 节 75 溜，工作面端头超前支护单体液压支柱的 初撑力不小于 90kN，接近基本顶可能来压范围时， 带班人员密切观察工作面支架受力、安全阀泄压、 立柱支撑、超前棚 π 型梁受力情况等，同时在回 风巷准备单体支柱和木板梁等支护材料。 4主辅切眼两步快速对接法 1距离对接位置 20m 时开始调整主切眼内 支架的位置 ［10－11 ］，保证 52 号支架外延与 55 号支 架的外延空出 3. 1m 的距离。在距对接位置 20m 时，及时调整刮板输送机的上窜下滑量，保证支架 沿直线移动。为保证支护可靠，53 号至 55 号支架 间架设 “一梁两柱”走向抬棚，出煤联巷内架设 “一梁三柱”倾向抬棚。 2主切眼推到对接位置后，割透机头采煤 机空刀牵引至前溜机尾附近，工作面辅助切眼推移 千斤顶完全收回，并把主切眼前溜拉回，保证足够 的空间方便对接。将前后输送机机头、减速机、底 座、偏转槽、过渡槽拆开，利用绞车经出煤联巷运 至进风巷。 利用出煤联巷内安装的绞车及方向滑轮将 53 号、54 号支架拖到位，紧靠 52 号支架，接好支架 的液压系统。将正常槽、刮板链按要求对接并张紧 链条，微调调整支架、正常槽缝隙。对接之后支架 间距 100mm，输送机对接间距 50mm，符合对接标 准，实现主辅切眼快速对接。对接示意如图 2。 5工作面过空巷 出煤联巷与工作面斜交，垂直段全长 15m，倾 斜段全长 90m，巷道属于煤巷，平均高度 3m，宽 度 4. 5m，矩形断面，巷帮采用锚网支护。 1在空巷内段架设 “一梁三柱”π 型梁抬 棚，π 型钢梁长 4m ， “一梁三柱”一次支护整条 空巷，排距 1m，空巷支护单体柱穿铁鞋。 44 总第 125 期煤矿开采2015 年第 4 期 ChaoXing 图 2切眼对接示意 2过空巷时，因垂直于工作面的空巷断面 较小，调整工作面与空巷的角度。工作面与运输巷 调成 70～75的夹角进行推进。机尾一侧加快推进 速度，机头一侧适当减慢推进速度，从而使工作面 与空巷割通，形成逐段暴露，逐段插入实体煤中。 6结论 1 依据 “厚壁筒”突水机理对陷落柱突水 危险性进行分析，确认陷落柱无突水危险性，保安 煤柱留设合理，为复杂地质条件下工作面设计和回 采工艺提供了技术依据。 2 通过井上井下联合作业，工作面三机定 位，优选出煤运输路线，缩短了工作面设备安装时 间。设备安装时间由 60d 缩短为 45d，效率提高 25。 3 通过综采工作面对接工艺的研究与对接实 践，掌握并控制运输机上窜下滑量，实现运输机对 接间距 50mm，支架对接间距 100mm，较传统的对 接方法节约了大量时间，确保了生产的连续性。 ［ 参考文献］ ［ 1］ 徐卫国，赵桂荣 . 华北煤矿区岩溶陷落柱形成机理与突水的 探讨 ［J］ . 水文地质工程地质，1990 6 41－43. ［ 2］ 司淑平，马建民，胡德西 . 煤系地层陷落柱成因机理与分布 规律研究 ［ J］ . 断块油气田，2001，8 2 15－18. ［ 3］ 彭纪超，刘海荣，孙利华，等 . 山西省煤矿区陷落柱分布规 律与突水预测研究 ［ J］ . 中国煤炭地质，2010，22 7 26 －30. ［ 4］ 许进鹏，梁开武，徐新启 . 陷落柱形成的力学机理及数值模 拟研究 ［ J］ . 采矿与安全工程学报，2008，25 1 82－86. ［ 5］ 韩猛，王连国，罗吉安，等 . 底板陷落柱突水力学机理研 究及应用 ［ J］ . 矿业安全与环保，2012，39 4 12－13. ［ 6］ 王经明，刘文生，关永强，等 . 华北煤田陷落柱的地下水内 循环形成机理 以峰峰矿区为例 ［J］ . 中国岩溶，2007， 26 1 11－17. ［ 7］ 许进鹏 . 陷落柱活化导水机理研究 ［ D］ . 青岛山东科技大 学，2006. ［ 8］ 尹尚先，武强 . 陷落柱概化模式及突水力学判据 ［J］ . 北 京科技大学学报，2006，28 9 812－817. ［ 9］ 杨雪强，余天庆 . 对岩石双剪强度准则的探讨 ［J］ . 岩石力 学与工程学报，2002，21 7 1049－1053. ［ 10］ 徐洪涛，叶飞，黄超慧，等 . 不等长综采工作面多切眼支 架零对接技术 ［J］ . 煤矿开采，2008，13 1 27－28. ［ 11］ 侯志辉 . 综采工作面绕陷落柱开采对接工艺优化 ［ J］ . 煤矿 开采，2010，15 1 40－41. ［责任编辑 周景林］ 檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶 上接 135 页 ［ 7］ 李天斌 . 鄂尔多斯盆地西缘逆冲推覆构造特征及演化 ［D］ . 北京 中国地质大学 北京 ，2006. ［ 8］ 杨志斌，吕汉江 . 桌子山煤田构造控水机理研究 ［J］ . 地下 水，2014，36 5 13－15. ［ 9］ 段青梅，龙文华，王兵，等 . 内蒙古桌子山地区岩溶水特 征及勘查方法 ［ J］ . 地质与资源，2006，15 1 53－56. ［ 10］ 魏魁生，徐怀大，叶淑芬，等 . 碳酸盐岩层序地层学 以 鄂尔多斯盆地为例 ［ M］ . 北京 地质出版社，1999. ［ 11］ 张泓，白清昭，张笑薇，等 . 鄂尔多斯聚煤盆地形成与演 化 ［M］ . 西安 陕西科学技术出版社，1995. ［ 12］ 李白英 . 预防矿井底板突水的 “下三带”理论及其发展与应 用 ［J］ . 山东矿业学院学报，1999，18 4 11－18. ［ 13］ 张蕊，姜振泉，岳尊彩，等 . 采动条件下厚煤层底板破坏 规律动态监测及数值模拟研究 ［J］ . 采矿与安全工程学报， 2012，29 5 625－630. ［ 14］ 张培森. 采动条件下底板应力场及变形破坏特征的研究 ［ D］ . 青岛 山东科技大学，2005. ［ 15］ 孙建 . 沿煤层倾斜方向底板 “三区”破坏特征分析 ［J］ . 采矿与安全工程学报，2014，31 1 625－630. ［ 16］ 张金才，刘天泉 . 论煤层底板采动裂隙带的深度及分布特征 ［J］ . 煤炭学报，1990，15 1 46－54. ［ 17］ 王经明 . 承压水沿底板递进导升机理的物理方法研究 ［J］ . 煤田地质与勘探，1992，27 6 40－44. ［ 18］ 王经明 . 承压水沿煤层底板递进导升突水机理的模拟与观测 ［J］ . 岩土工程学报，1999，21 5 546－549. ［ 19］ 田干 . 煤层底板隔水层阻抗高压水侵入机理研究 ［D］ . 西安 煤炭科学研究总院西安分院，2005. ［责任编辑 张玉军］ 54 常海雷等 工作面遇端头陷落柱高效开采技术2015 年第 4 期 ChaoXing