极软岩厚煤层综放工作面设计方案的优化
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作者: 焉德斌
摘要:本文探讨了如何合理的布置大走向、极软岩煤层综放工作面,研究了长距离工作面运输机拉上山的可行性,探讨了沿采空区布置巷道及软岩联合支护的新形式,为矿井其他工作面设计提供宝贵的经验。同时,本文所归纳整理的长走向、极软岩大型工作面的优化设计经验对同行业相似条件煤矿具有一定借鉴意义。
关键词:极软岩 厚煤层 工作面设计 优化
1、引言
铁法能源公司大平煤矿位于辽宁康平县境内,毗邻三台子水库。矿井自2002年12月22日试生产以来,始终面临水库下放顶煤开采及围岩强蠕变、易膨胀等难题。矿工程技术人员不断探索软岩支护新工艺、新技术。研究出了全断面打锚杆、挂网壁后注砼、架36U棚外打锚索的联合支护方式,有效地控制了围岩变形,确保了巷道正常的断面。但是临近采空区巷道布置仍然处于探索中。
大平矿NIS2综放工作面已于2010年4月回采完毕。与之相邻的N1S3综放工作面准备巷道目前已经开始掘进。其设计理念是增加工作面几何尺寸,实现集约化生产。
2、工作面概况
N1S3工作面位于N1采区南侧。北邻NI采区回风上山,东邻N1S2工作面,西邻N1S4段（未准备）。本工作面进行了三维地震勘探,主要发育有东西向的向斜及背斜构造各一个。工作面北部的背斜,轴向东西向,地层倾角7～9°向斜轴北侧倾角稍缓,南侧略急。工作面内整体构造受向斜及背斜控制。工作面整体上东低西高。煤层赋存于-240～～-320m之间。两顺槽高差平均为40米。工作面设计长265米,走向平均长2325米,可采储量1000万吨,服务29个月。
工作面顶板直接顶为油页岩,约20米,抗压强度为164kg/cm2,按其坚固程度为软岩,不易维护。底板为泥岩或炭泥岩。本工作面瓦斯绝对涌出量0.5m3/分钟。
3、两种设计方案的提出
N1S3工作面设计走向长度为2325米,增大了工作面储量,减少了安拆次数,保证了集约化生产,而且多回收阶段隔离柱13万吨。从其两顺布置方式考虑,有两种设计方案:
A种方案是将N1S3运顺放于临近N1S2采空区侧。这种设计工作面运输机拉下山,皮带设于运顺侧,但是串车置于回顺侧,使用这种方案用SGZ1000/700*2工作面刮板运输机即可满足生产要求,同时工作面不存在下行风。需要考虑的是运顺将在距工作面150米处提前翻修。依据N1S2工作面矿压观测可知,这段范围为受采空区及本工作面叠加压力影响区,其中距工作面70～80米处为压力显现明显区。因此,在支护进入转载机前还需要翻修一遍,才能保证顺利进入转载机。
B种方案为回顺布置在临近N1S2工作面侧。这种设计工作面运输机拉上山,皮带串车均置于运顺。但是SGZ1000/2*700运输机不能满足运输要求。考虑到工作面最大坡度12°以及服务29个月。运输机拟采用SGZ1000/2*1000型可满足生产需要。但是这种方案工作面为下行风,容易在工作面前三角点上隅角积聚瓦斯,回顺没有大的设备通过,因此不需要翻修。
4、方案选择
如果采用A种方案,则需翻修给4.6米圆棚壁后注砼。结合矿井多年治理极软岩两顺巷道的经验,按照锚网支注加打补强锚索的综合支护手段,翻给4.6米圆棚壁后注每米单价为12082元/米。并借鉴与本工作面相邻的N1S2工作面开采时的矿压观测规律,工作面前方150米处巷道已经开始变形,70～80米处为压力显现高峰。所以需要在工作面前150米处开始翻修,皮带尾进入之前还需翻修一遍,两遍翻修需用的材料费为3528万元(不含人工费)而且要安排两个施工队伍。翻修两遍很可能于采空区连通,威胁本工作面安全开采。采用B方案回风顺槽临近采空区,没有大的设备,不需要翻修。但是需要解决工作面下行风及工作面运输机拉上山等问题。而通过综合研究、测算,采用新型的SGZ1000/2*1000型运输机可以解决工作面运输拉上山的问题,工作面下行风的安全措施,通过本矿生产实践已经积累了不少经验。按照目前提高煤矿装备水平要求以及成本测算,决定选用B种方案。
5、相关问题的优化设计
5.1 N1S3工作面回顺的支护设计
N1S3回顺采用邻近采空区部分巷道均采用锚、网、支（36U型钢梁）（双底梁）、壁后注浆加打锚索的方式支护,其余部分采用锚、网、支、喷的方式支护,锚杆间排距800×600mm,锚杆为Ф22mm、2.4米长,按9～10～9布置。锚索为7.32米长,直径为28.6mm.锚索施工按3～2～3布置,间距2米。隔一空一打。
采空区上位岩层的移动趋于平衡时,在倾斜方向相邻的煤体上形成的支承压力分为三个区段:即支承压力减压区、压力升高区、原岩应力区。依据沿空掘巷理论,就是把巷道尽量布置到支承压力减压区内。但是沿空掘巷必须建立在已采区上覆岩层趋于稳定,从这个意义说采掘间隔越长越好,由于煤矿生产的连续性决定了采掘时间间隔不能太长,按照大平矿以往的设计经验及现场矿压观测结果,临近采空区巷道必须等工作面采完10个月～一年后再掘为宜。工作面之间的隔离煤柱为5～8米为受采空区压力影响最小区,而且能保证放煤时顶板不与采空区连通漏风。因此N1S3工作面确定留设8米煤柱。
5.2 工作面下行风的处理方法
(2)工作面下隅角封堵。为避免下隅角向采空区大量漏风,造成高浓瓦斯带发生飘移,影响瓦斯抽采效果,在下隅角端1号支架与下帮间建筑封堵墙。封堵墙采用装碎矸石的编织袋砌筑,要求与帮顶接严接实,不留孔洞。工作面每推进一个循环重新砌筑一次,保证施工质量,减小下隅角向采空区漏风量。
(3)瓦斯抽采系统改造。在工作面进风巷接设一趟瓦斯抽采管路与井下瓦斯抽放泵连接,管路长1200m,直径∮200mm,管材为PE管。管路末端分出2路∮108mm支管,支管与采空区预置抽采管路连接。支管分别设置独立控制阀门和观测孔,可根据每路支管内瓦斯浓度调整瓦斯抽采量,保证瓦斯抽采效果。
中部槽型式:整体箱式焊接结构;紧链方式:液压马达紧链和伸缩机头辅助紧链;与皮带机有效搭接长度:15m;爬坡角度:10°,选用SGZ1000/525型转载机可满足要求。
6、结语
N1S3综放工作面的优化设计,确立了长距离工作面运输机拉上山的可行性,探索了沿采空区布置巷道及软岩联合支护的新形式,避免了临近采空区巷道的大量翻修,节约了大量的人力,财力,物力。从大平矿S2采区剩余的工作面情况看,均类似于N1S3工作面。因此,N1S3工作面的成功优化设计将为S2采区其他工作面设计提供宝贵的经验。
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