火成巖綜采技術研究與應用

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煤炭是社會經濟發展基礎，近年來對煤炭資源的開采力度不斷加大，各礦井在淺層煤炭資源儲量日漸萎縮，要深挖煤礦潛力，在開采的深度和廣度上做文章，采掘更大區域和更大埋深的煤炭資源。但隨之而來的是地質條件愈加復雜惡劣。臨近火成巖侵入帶等大的地質構造帶或采空區附近等特殊地質條件，給巖巷掘進和煤炭開采帶來了更大困難。冀中能源邯鄲郭二莊礦是一座具有七十年開采歷史的老礦井，受火成巖侵入影響較大。近年來，煤炭資源不斷開采，郭礦可采儲量急劇下降。為提高可采儲量，該礦以22109工作面為試點，研究制訂了沿火成巖侵入帶邊緣布置不等長工作面的技術方案，并解決了該面在掘進、安裝、邊加架邊生產過程中出現的各類難題，有效提高了礦井的可采儲量，增加了煤礦的經濟效益。通過對該面開采經驗的總結，為今后類似條件下確定工作面的布置及開采方式提供了參考。

1火成巖及其對含煤巖系的侵入

火成巖是地質學的專業術語，也被叫做巖漿巖。地質學研究巖漿起源于上地幔和地殼底層，火山噴發的高溫巖漿在冷卻后成形或被巖漿融化的原有巖石，即火成巖。常見的花崗巖、玄武巖等都是火成巖。地質板塊交界地帶的火山區是火成巖的存在區。開采的煤同屬巖類，是機械強度大大小于含煤巖系中其他巖石的有機巖，當高溫巖漿侵入含煤巖系時，容易將煤熔蝕同化，這種侵入的火成巖體大多沿煤層分布，是破壞煤質和煤層分布的有害物質。火成巖侵入和地質構造帶對煤炭資源的開采利用帶來了諸多不利影響。儲煤空間被大量占用，在相同條件下，不僅會降低煤的產量，還會造成惡劣的開采技術條件。傳統的矩形等長工作面布置很難將火成巖侵入區域的煤炭開采干凈，因而造成了很大程度上的資源浪費?？朔鸪蓭r侵入等不利地質條件的影響，將寶貴的煤炭資源“吃干榨凈”，提高采區回收率，延長礦井服務年限，對企業的技術進步和高質量發展具有重要意義［1－5］。

2研究課題組的設立

22109工作面是郭二莊礦南翼一采區最后一個工作面，四周地質或生產條件復雜，該面東部、北部臨近南大巷保護煤柱，西部、南部毗鄰的是典型的火成巖侵入帶。受火成巖侵入影響，煤層呈現出嚴重的不規則形狀。如果采用傳統的矩形等長工作面，會遺留很多無法開采的煤炭資源，造成煤炭資源浪費。22109工作面的火成巖侵入帶(見圖1)，在郭二莊礦多年的開采史上從未遇到過。為此，郭礦上下異常重視，專門成立了22109工作面開采方案研究課題組，研究制訂了采用布置不等長工作面的辦法開采火成巖侵入區域不規則煤層的技術方案。同時，針對工作面后期掘進、安裝及生產過程中可能出現的生產難題進行了預測，明確必須有高強度的支護措施作為安全生產的保證，制訂了“柔讓適度，穩定支護”等一系列技術措施。

3措施實施過程

為降低開采成本，減少巷道掘進量，研究課題組決定利用南一采皮帶下山、沿著原22105探巷向深部布置該不等長工作面。具體方案見圖2。

3．1全回路系統掘進22109工作面上巷施工在按照設計方位向前掘進255m后見火成巖，之后退38m垂直上巷方向開切眼，切眼掘進27m后再次見到火成巖。沿火成巖侵入帶邊緣開始工作面下巷施工，當火成巖侵入至巷道上幫(影響到工作面正常回采)時，再經過變向調整繼續施工工作面下巷，直至與軌道下山延伸巷道貫通，形成該面的全回路系統。該種掘進方案在臨近火成巖一幫裸體支護或簡單支護，其余正常錨網支護。安裝常規切眼后，工作面下巷需全部安裝支架。該掘進方案主要的技術難點在于布置工作面時需要邊生產、邊加架，且在生產過程中需要不斷地增加支架以及延長溜尾。必須進行更加合理的安全生產組織［6－8］。

3．2支架安裝不等長工作面巷道拐彎較多，底板情況比較復雜。支架先分為掩護梁、頂梁及底座三個部件分別經過5000m大巷運輸，后經過大小5次變向到達裝架硐室，組裝完成后再經過3次變向運抵工作面下巷指定位置。支架運輸時面臨著運輸路線長、變向多、邊坡多等客觀不利條件。為實現安全移架，并與工作面機尾良好對接，下巷支架沿巷道方向一字擺放，通過精確計算，工作面每推進5．2m后需增加一個支架，得出下巷支架之間的間距，以此類推，得出每一個支架擺放位置。與工作面機尾支架對接時，待加支架需要先通過自身移架、遷移頂鎬和單體液壓支柱共同配合，完成移動、調向及對接工作。工作面安裝過程中暴露出了一些問題:一是支架在通過變向位置時容易落道;二是支架組裝完成后整架重量超過30t，遭遇巷道底板變形或道基偏軟段，支架易發生傾斜甚至掉道。通過加曲軌、換重軌、調整坡度等措施，對變向處岔道進行了優化調整，解決了支架移動中容易掉道的問題。同時，巷修區對工作面切眼及下巷的道基用水泥澆鑄，加強修整與加固，解決了支架經過軟基時容易下陷的問題［9－12］。

3．3回采工作面在回采過程中面臨的最大困難就是“一邊生產一邊加架”，需要協調解決好兩者之間的關系?；夭缮a中采取了以下措施:①為保證工作面機尾支架能夠快速安裝對接，提前將下一次對接所需要的溜槽、鏈條、電纜夾等各種管路準備到位，現場控制好巷道高度、寬度，以滿足拉移支架的需要。②在推采過程中嚴格遵照設計要求，時刻控制工作面機尾最后一臺支架的位置，不能超過預先劃定的定位線，為對接留出足夠的操作空間。③工作面推進到對接位置前，保證工作面最后一臺支架的底座與下巷底板襯平，并保持同一高度不得有落差。④對接前要將下巷中支架各部件認真檢查、檢修，確保支架完好。⑤在對接距離剩余5．4m(9刀)左右時，開始對下巷中即將對接的支架進行拉移、調向。⑥待工作面正常推采至與下巷支架合茬位置后，使用單體進行微調，將新增支架與原切眼支架進行對接。⑦運用采煤機上行的牽引力在機尾上幫掛回頭滑輪組，上移溜子機尾方法對接，完成溜槽對接。此對接方式使用采煤機牽引可靠性更高，可以減少頻繁移動、安裝絞車的工序，為對接節省了大量時間，同時保證了設備的正常檢修和對接當班的正常生產。

4技術方案的對比與應用分析

以22109工作面為例，對常規的矩形工作面方案與不等長工作面進行了技術對比與效益分析，結果如表1所示。①從技術應用方面來看，沿火成巖侵入帶或其他大型構造帶等復雜地質條件下，布置不等長工作面的方式完全合理可靠，經濟效益明顯;工作面分為掩護梁、底座及頂梁三個部件分別運輸，然后整體組裝、安裝，能夠很大程度降低對井下巷道規格要求以及支架運輸難度系數，實現工作面快速安裝;成果中的支架、溜槽利用采煤機牽引的對接方式安全可靠，可操作性大大提高，完全能夠滿足生產需要。②從經濟效益方面來看，22109工作面沿火成巖侵入帶邊緣布置，比傳統的常規矩形或臺階式工作面布置方式多采出煤炭5．3萬t，減少了煤炭損失，提高了采區回收率，按照當時噸煤效益300元計算，可創收:5．3萬t×300元/t=1590萬元。此外，工作面巷道掘進工程量整體減少15m，下巷在掘進過程中有105m巷道由幫沿火成巖掘進，巷道采用裸體支護或簡單支護方式，使巷道掘進成本降低，經核算該段巷道支護成本每米可下降2500元，按照當時煤巷掘進單價7000元/m計算，可節省掘進成本:(15m×7000元/m+105m×2500元/m)/10000=36．75萬元;采用不等長工作面布置，共可增加經濟效益約為1626．75萬元。通過此工作面布置方案有效提高了煤礦的可采儲量，提高了煤炭資源的回收率，為提高礦井服務年限提供了技術支撐［13－15］。

5結語

實踐證明，采用不等長工作面是適應火成巖侵入等復雜地質條件下綜采回采的一種技術方法，可最大限度地保證煤炭資源的開采回收。在方案的具體實施中，還應注意以下幾點:一是在掘進和支架安裝過程中需要根據情況多次調向，這需要今后在火成巖侵入帶邊緣布置不等長工作面前，盡可能地采取技術措施對火成巖的侵入情況進行勘探和調查。掌握情況后設計出更加經濟、合理、開采可行性更高的工作面布置方案。二是在支架移動前要提前硬化巷道底板，提高道軌鋪設質量，避免運輸支架的車盤掉道，造成倒架等危險;支架裝上車盤后，整體高度超過2．6m，要充分考慮到巷道高度否滿足使用要求，還要考慮頂板支護材料如錨索、錨桿下端是否掛絆支架，影響支架整體運輸。

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［6］呂超杰．煤礦綜采工作面安裝及回收技術探討［J］．科技風，2020(21):93+114．

作者:李鵬雷 單位:河北冀中邯峰礦業有限公司