孤島工作面開(kāi)采技術(shù)探究

序論：寫(xiě)作是一種深度的自我表達(dá)。它要求我們深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隱藏在內(nèi)心深處的真相，好投稿為您帶來(lái)了一篇孤島工作面開(kāi)采技術(shù)探究范文，愿它們成為您寫(xiě)作過(guò)程中的靈感催化劑，助力您的創(chuàng)作。

0引言

在煤炭資源開(kāi)采工作持續(xù)推進(jìn)的背景下，礦井開(kāi)采強(qiáng)度不斷增大，礦井開(kāi)采深度也不斷增加。孤島工作面是大量出現(xiàn)在深部開(kāi)采礦井內(nèi)部的一種工作面，受大采深、高應(yīng)力的多重作用，沖擊地壓、冒頂事故發(fā)生概率較高。因此，研究孤島工作面的開(kāi)采技術(shù)具有非常突出的現(xiàn)實(shí)意義。

1孤島工作面概況

以某一孤島工作面為例，該孤島工作面所在原采區(qū)下條帶回采區(qū)，投產(chǎn)時(shí)間為2015年6月，回采結(jié)束時(shí)間為2019年10月，2020年決定對(duì)采區(qū)進(jìn)行全采，回收原工作面留設(shè)的條帶煤柱。根據(jù)采區(qū)設(shè)計(jì)條帶開(kāi)采情況可知，采區(qū)為孤島高普工作面，可采儲(chǔ)量32×104t，同時(shí)受已回采工作面瓦斯、頂板、水災(zāi)害的威脅。具體表現(xiàn)為：孤島開(kāi)采周期來(lái)壓頻繁，達(dá)到7~12m（正常工作面來(lái)壓17~22m），且在周期來(lái)壓期間工作面頂板壓力上升，支柱下沉量增加，煤機(jī)割煤后未掛梁及頂板斷裂現(xiàn)象較為常見(jiàn)。在工作面緩慢推進(jìn)過(guò)程中，應(yīng)力大量匯聚在煤壁，造成超前壓力上升，伴隨兩巷支架變形與底鼓現(xiàn)象，給兩巷超前管理提出了較大的難題。

2孤島工作面開(kāi)采順序

在同一煤層，各工作面接替順序?qū)鷰r應(yīng)力分布、能量卸除范圍具有直接影響。在孤島工作面一側(cè)為采空區(qū)時(shí)，相應(yīng)工作面將同時(shí)承受采空區(qū)側(cè)向壓力、超前支護(hù)壓力，圍巖應(yīng)力匯集到孤島工作面一側(cè)；而在孤島工作面兩側(cè)為采空區(qū)時(shí)，相應(yīng)工作面煤壁前方、煤壁兩端均承受中部支承壓力，高級(jí)別能力匯聚在工作面前方。由于該孤島工作面形狀不規(guī)則，在綜放開(kāi)采模式下，可以將其劃分為大面、小面開(kāi)采兩個(gè)部分。綜合考慮煤巖層沖擊傾向性、煤柱展布形態(tài)、巷道掘進(jìn)與回采期間沖擊地壓顯現(xiàn)特征等因素，采用適宜整體開(kāi)采順序，防控沖擊地壓[1]。在孤島工作面劃分的基礎(chǔ)上，可以選擇先小面開(kāi)采后大面開(kāi)采、先大面開(kāi)采后小面開(kāi)采、大面與小面混合開(kāi)采多種順序。先小面開(kāi)采后大面開(kāi)采，會(huì)導(dǎo)致大面在小面開(kāi)采后成為孤島工作面，回風(fēng)巷道成為支承壓力匯聚位置，受支承壓力疊加影響，并在未垮落頂板部分匯聚彈性能量以拐角形式?jīng)_擊地壓；而先開(kāi)采大面后開(kāi)采小面，小寬度工作面極易在大面回采結(jié)束后形成新的孤島工作面，支承壓力顯著上升，能量大量積聚，甚至造成礦震情況；大面與小面間歇式整體開(kāi)采，主要是根據(jù)周邊工作面開(kāi)采時(shí)沖擊地壓特征，結(jié)合不規(guī)則孤島工作面位置形狀，緩慢釋放沖擊能量，實(shí)現(xiàn)沖擊能量可控。因此，可以選擇大面與小面間歇式整體開(kāi)采順序。

3孤島工作面開(kāi)采技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)

3.1前期準(zhǔn)備

3.1.1上下巷整修針對(duì)上下巷變形嚴(yán)重情況，技術(shù)人員可以臨近工作面80m巷道為重點(diǎn)，以中間巷道交岔口為節(jié)點(diǎn)，清理冒頂區(qū)域，對(duì)頂幫金屬網(wǎng)局部破裂部位重新打錨網(wǎng)支護(hù)。而對(duì)于巷道下幫，則在留設(shè)待續(xù)支架寬度的基礎(chǔ)上，順巷道打頂以及錨索，控制巷道寬度大于等于2m，軌面以上高度大于等于2.8m。同時(shí)，對(duì)于下巷上幫嚴(yán)重變形區(qū)域，清除局部松散片幫，完成擴(kuò)幫，確保巷道寬度大于等于4.2m，臥底后高度大于等于3.2m。在這個(gè)基礎(chǔ)上，采用2.4m長(zhǎng)棒錨桿+順巷鋼帶梁+6.5m長(zhǎng)棒錨索的聯(lián)合支護(hù)模式，局部嚴(yán)重變形位置利用錨網(wǎng)+頂部槽鋼錨索聯(lián)合支護(hù)代替全部工字鋼支護(hù)，降低巷道位置移動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)。3.1.2工作面整修針對(duì)工作面頂板冒頂以及局部片幫淤積煤渣問(wèn)題，技術(shù)人員可以從下層到上層開(kāi)展裸露頂板錨網(wǎng)支護(hù)，將懸吊木垛設(shè)置到局本部冒頂區(qū)域頂板。錨網(wǎng)支護(hù)用材為注塑網(wǎng)，較之原金屬網(wǎng)腐蝕、變形概率更小[2]。同時(shí)，將40t溜子鋪設(shè)在工作面運(yùn)輸機(jī)上部，及時(shí)清理溜子機(jī)道產(chǎn)區(qū)煤渣，為后期工作面開(kāi)采提供一個(gè)安全的環(huán)境。

3.2超前煤柱卸壓為降低案例孤島工作面開(kāi)采期間沖擊地壓風(fēng)險(xiǎn)，技術(shù)人員應(yīng)以開(kāi)采大面、開(kāi)采小面之間留設(shè)的煤柱為對(duì)象，綜合考慮兩側(cè)應(yīng)力疊加與彈性能積聚規(guī)律，在大面與小面混合開(kāi)采時(shí)調(diào)整小面超前大面20.0~23.0m。并采用動(dòng)態(tài)爆破技術(shù)，隨時(shí)協(xié)調(diào)高應(yīng)力區(qū)域能量釋放水平，處理壓力集中區(qū)域造成的底部鼓起情況，確保大面開(kāi)采作業(yè)均衡推進(jìn)。動(dòng)態(tài)爆破技術(shù)是一種內(nèi)部爆破技術(shù)，可以促使煤層內(nèi)產(chǎn)生大量裂隙，降低彈性模量以及積聚的彈性能。在動(dòng)態(tài)爆破技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，技術(shù)人員可以鉆設(shè)深孔，連續(xù)起爆，鉆孔參數(shù)如表1所示。若初次卸壓效果不理想，可以依據(jù)前期設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行二次爆破，其中第一次爆破卸壓距離為5m，第二次爆破卸壓距離為2.5m。除了動(dòng)態(tài)爆破卸壓外，技術(shù)人員還可以將一套輕型刮板輸送機(jī)布置在風(fēng)巷內(nèi)，與開(kāi)采作業(yè)面運(yùn)輸機(jī)尾部搭接，完成拉底擴(kuò)幫，便于在巷道中間一定范圍內(nèi)設(shè)置卸壓槽。卸壓槽寬度為1.0m，高度為2.8m，在卸壓槽內(nèi)大直徑、小間距鉆孔預(yù)先可卸除壓力，為孤島工作面弱沖擊危險(xiǎn)區(qū)域回采過(guò)程安全提供保障[3]。

3.3工作面支護(hù)

3.3.1巷道支護(hù)根據(jù)案例孤島工作面回采斷面，可以選擇不同的巷道支護(hù)方式。對(duì)于斷面為矩形的巷道，技術(shù)人員可以選擇錨網(wǎng)梁支護(hù)方式[4]。幫錨桿為直徑16.0~2000.0mm圓鋼錨桿，錨桿之間距離為700.0mm，相鄰排錨桿之間距離為700.0mm；頂部錨桿為直徑22.0~2400.0mm螺紋鋼錨桿，錨桿之間距離為800.0mm，相鄰排錨桿之間距離為700.0mm；頂部錨網(wǎng)片為長(zhǎng)1000.0mm×寬1000.0mm網(wǎng)片，網(wǎng)格為正方形，邊長(zhǎng)為50.0mm；幫網(wǎng)片為菱形鐵絲網(wǎng)，補(bǔ)償支護(hù)為直徑15.2~7000.0mm的錨索梁，錨索梁之間距離2.0m，距離兩幫600.0mm。

3.3.2頂板支護(hù)對(duì)于孤島工作面頂板，技術(shù)人員可以面向工作面布置2條測(cè)線，測(cè)線上相鄰測(cè)點(diǎn)之間距離為30.0~50.0m，每一測(cè)點(diǎn)均安裝壓力記錄儀或者應(yīng)力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、頂板離層儀，每周觀測(cè)一次，24h處理分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，確定工作面老頂初次來(lái)壓步距以及周期來(lái)壓步距，并計(jì)算工作面兩順槽超前支承壓力影響范圍，得出結(jié)果見(jiàn)表2。根據(jù)觀測(cè)結(jié)果，在垮落法管理采空區(qū)頂板的基礎(chǔ)上.經(jīng)液壓支架支護(hù)工作面頂板。而在采煤機(jī)割煤進(jìn)入尾聲時(shí)，利用帶壓擦頂方式或者滯后采煤機(jī)滾筒（一般為4架滾筒到6架滾筒）先后移動(dòng)支架、運(yùn)輸機(jī)。一般移架到采煤機(jī)滾筒6架后需立即支撐，而推溜需要滯后采煤機(jī)滾筒10.0m以上、15.0m以?xún)?nèi)。隨著割煤空間變化，降低滾筒停煤機(jī)，在承壓一定的情況下重復(fù)移動(dòng)支架，直至割完破碎頂板、片幫嚴(yán)重變形區(qū)域煤層。在工作面頂板下沉量急劇增加、底部鼓起量急劇增加、幫部嚴(yán)重收斂時(shí)，技術(shù)人員應(yīng)第一時(shí)間進(jìn)行長(zhǎng)錨索強(qiáng)化支護(hù)；如果工作面液壓支架阻力急劇增加，則在及時(shí)補(bǔ)充液壓支架液體的基礎(chǔ)上加快推幫速度。

3.3.3順槽支護(hù)對(duì)于兩順槽，技術(shù)人員可以選擇20m及以上的超前加強(qiáng)支護(hù)，在兩順槽超前壓力處于較高水平時(shí)，技術(shù)人員應(yīng)適當(dāng)增加超前支護(hù)長(zhǎng)度[5]。整體支護(hù)工具為單體液壓支柱、鉸接頂梁，一般需要鋪設(shè)5路長(zhǎng)800.0mm×寬600.0mm金屬十字頂梁組成的鉸接頂梁，順端頭切頂線至工作面煤壁20.0m范圍內(nèi)配合液壓?jiǎn)误w支柱支護(hù)，或者與長(zhǎng)1000.0m金屬一字梁組成網(wǎng)狀頂梁。局部頂板破碎位置以及巷道超高段支護(hù)工具為：方木接實(shí)頂板+鉸接頂梁上#型木垛接頂+2單體支柱（壓力顯現(xiàn)明顯階段在巷道中部/緊靠刮板輸送機(jī)外沿加打1排柱梁）。其中，2排鉸接頂梁排距為2.4m，單體液壓支柱支護(hù)頂板步距為1.2m，中間行支護(hù)距離大于等于20m。

3.4綜合機(jī)械化開(kāi)采在案例孤島工作面開(kāi)采時(shí)，技術(shù)人員可以選擇綜合機(jī)械化采煤工藝，配合垮落法采空區(qū)頂板處理以及支架有效支護(hù)，一次性采全高。一般需要在貫通聯(lián)絡(luò)巷與泵站的基礎(chǔ)上，掘進(jìn)運(yùn)料行到切眼位置[6]。進(jìn)而掘進(jìn)切眼，在回采階段煤層厚度超過(guò)3.5m時(shí)，跟頂撇底回采控制回采高度低于3.3m。同時(shí)，考慮到工作面綜放機(jī)械化開(kāi)采進(jìn)入大小面間歇式開(kāi)采后，受分層復(fù)合頂板、鋪網(wǎng)質(zhì)量、煤層產(chǎn)狀等諸多因素影響，極易產(chǎn)生冒頂現(xiàn)象，技術(shù)人員應(yīng)利用截割深度達(dá)800.0mm、最大牽引速度達(dá)15.0m/min的采煤機(jī)代替截割深度為600.0mm、最大牽引速度達(dá)5.0m/min的采煤機(jī)，利用鏈軌牽引的運(yùn)輸機(jī)代替齒條牽引的運(yùn)輸機(jī)，調(diào)整前梁千斤頂缸距為140.0mm，解決大小面間歇式開(kāi)采期間頂板控制問(wèn)題。在綜合機(jī)械化開(kāi)采過(guò)空巷時(shí)，技術(shù)人員可以利用插刀調(diào)斜法，調(diào)整工作面與空巷中心線夾角，促使溜子道端頭超前材料道端頭15.0m以上、20.0m以?xún)?nèi)，貫通工作面與空巷，為工作面與空巷之間形成的三角形媒體切割做好準(zhǔn)備[7]。若孤島工作面與空巷不成斜角，則技術(shù)人員可以選擇等壓過(guò)空巷技術(shù)，隨工作面推進(jìn)自然垮落頂板，調(diào)整支承壓力峰值深入孤島工作面前方煤體，其與煤體之間距離大于2.0m、小于10.0m。在綜合機(jī)械化開(kāi)采過(guò)斷層時(shí)，由于部分隱伏小斷層無(wú)法完整探測(cè)，技術(shù)人員可以利用采煤機(jī)直接破矸的方式代替放炮過(guò)斷層。同時(shí)根據(jù)斷層賦存特征，由斷層面向機(jī)頭或者由斷層面向機(jī)尾方向，調(diào)大煤機(jī)提刀量至10°，確保切割巖石后局部開(kāi)采高度達(dá)到煤機(jī)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)，配合支架強(qiáng)化支護(hù)，降低過(guò)斷層難度。

4結(jié)語(yǔ)

孤島工作面開(kāi)采是緩解老舊礦井煤炭資源緊張問(wèn)題的有效手段。孤島工作面頂板礦壓顯現(xiàn)較為強(qiáng)烈，經(jīng)過(guò)舊巷時(shí)礦壓沖擊較為嚴(yán)重。因此，在孤島工作面開(kāi)采時(shí)，技術(shù)人員應(yīng)根據(jù)工作面既往情況，確定適宜的開(kāi)采方法、順序，幫助孤島工作面脫離應(yīng)力疊加狀態(tài)。同時(shí)根據(jù)實(shí)際情況，進(jìn)行工作面高度危險(xiǎn)區(qū)域的壓力卸除操作，降低沖擊地壓、冒頂問(wèn)題發(fā)生概率。

參考文獻(xiàn)

[1]胡貝貝.淺埋藏不規(guī)則孤島工作面安全開(kāi)采關(guān)鍵技術(shù)探索[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì),2021(6):51-52.

[2]劉國(guó)良.三面采空孤島工作面安全開(kāi)采技術(shù)研究[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì),2019(13):49-51.

[3]王斌,王貴余,孫劉詠,等.孤島工作面采空區(qū)自燃“三帶”劃分實(shí)測(cè)研究[J].能源技術(shù)與管理,2021(6):98-100.

[4]李旭勤.西曲礦孤島工作面安全高效回采措施[J].山東煤炭科技,2021(11):227-228.

作者:范占旗 單位:山西新安工程設(shè)計(jì)咨詢(xún)有限公司有限公司