摘要：陽煤集團(tuán)瓦斯災(zāi)害較為嚴(yán)重，寺家莊礦井作為陽煤集團(tuán)的大型礦井，同時(shí)也是煤與瓦斯較為嚴(yán)重的礦井，是陽煤集團(tuán)第一個(gè)采用大采高一次采全高工藝開采15號(hào)煤的礦井，在大采高一次采全高采煤工藝在高突煤層中應(yīng)用積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。本文將根據(jù)寺家莊礦井在15104工作面生產(chǎn)實(shí)際情況，對(duì)工作面煤壁片幫，支架的穩(wěn)定性、工作面瓦斯治理和提高采出率等系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)敘述。該礦井較為成熟的采煤工藝模式可為其他煤與瓦斯突出礦井提供借鑒。
關(guān)鍵詞： 煤礦,大采高,突出性煤層,高產(chǎn)高效
1 礦井及工作面概況
寺家莊礦井隸屬于陽泉煤業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司，礦井位于山西省昔陽縣境內(nèi)，2009年投產(chǎn)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為5.0Mt/a。
礦井可采和局部可采煤層共4層，從上到下依次為81、84、9、15號(hào)煤，其中81、84、9號(hào)煤為不穩(wěn)定～較穩(wěn)定的局部可采薄煤層，平均厚度為0.88～0.95m，平均層間距5.57～9.40m;15號(hào)煤為全井田穩(wěn)定可采的厚煤層，平均厚度5.67m(含矸)，與9號(hào)煤平均層間距為72.01m。
礦井采用斜立綜合開拓，共開鑿四個(gè)井筒，分別為主斜井、副立井、中央進(jìn)風(fēng)井及中央回風(fēng)井。礦井共布置兩個(gè)盤區(qū)：中央盤區(qū)和南一盤區(qū)，每個(gè)盤區(qū)各布置一個(gè)大采高綜采工作面，每個(gè)工作面產(chǎn)量2.5Mt/a左右，共配備8個(gè)掘進(jìn)工作面，其中煤巷綜掘工作面4個(gè)，巖巷掘進(jìn)工作面4個(gè)。礦井通風(fēng)方式采用中央分列式，其中主斜井、副立井和中央進(jìn)風(fēng)井進(jìn)風(fēng)，中央回風(fēng)井回風(fēng)，通風(fēng)方法為抽出式通風(fēng)，回風(fēng)大巷、盤區(qū)回風(fēng)巷為專用回風(fēng)巷。
礦井的首采盤區(qū)為中央盤區(qū)，首采煤層為15號(hào)煤，首采工作面為15104工作面，工作面走向長度1817m，可采走向長度1504m，傾斜長度為240m，主采15號(hào)煤層，煤厚4.3～7.1m，平均厚度為5.5m，煤層傾角在3°～15°，平均傾角為7°。
2 大采高工藝難點(diǎn)技術(shù)分析
寺家莊礦井15#煤層使用大采高綜采工藝開采，是寺家莊礦井的第一個(gè)大采高工作面，也是陽煤集團(tuán)的第一個(gè)大采高綜采工作面，寺家莊礦井使用大采高綜采工藝主要存在如下技術(shù)難點(diǎn)：
(1)工作面片幫、冒頂問題。片幫、冒頂嚴(yán)重是大采高綜采工藝區(qū)別于分層綜采工藝與綜放開采工藝的一個(gè)顯著特點(diǎn)，加之寺家莊礦井15#煤層上部普遍存在一層厚0.2~0.5m的軟分層，硬度系數(shù)僅為0.2，對(duì)于上部極軟條件下的大采高綜采工作面端面頂板控制是一個(gè)難點(diǎn)。
(2)三角底煤留設(shè)與支架穩(wěn)定控制問題。由于回采巷道高度與采高不協(xié)調(diào)，前者比后者低2m左右，在工作面端部底板留設(shè)三角煤，三角底煤的留設(shè)對(duì)支架穩(wěn)定性有較大影響，三角底煤的留設(shè)形式及其對(duì)支架穩(wěn)定性的影響，還有支架穩(wěn)定性的控制技術(shù)，都是亟待解決的問題。
(3)工作面瓦斯治理問題。陽煤集團(tuán)其它礦井的15#煤層為綜采放頂煤開采，在綜放開采條件下，積累了大量瓦斯抽采、治理經(jīng)驗(yàn)，但對(duì)大采高綜采條件下的瓦斯治理方法，尤其是寺家莊煤業(yè)公司15#低透氣性、特高瓦斯含量與大瓦斯壓力條件下瓦斯治理技術(shù)是需要深入研究的重點(diǎn)難題。
(4)大采高綜采條件下提高煤炭采出率的技術(shù)。大采高綜采工作面的采出率一般比綜放工作面要高10%左右，但仍有5%左右的損失，如何進(jìn)一步降低煤炭損失，提高煤炭采出率也是大采高綜采技術(shù)推廣應(yīng)用中需要解決的關(guān)鍵難題。
3 大采高工藝難點(diǎn)治理措施
3.1 工作面片幫、冒頂治理措施
大采高綜采面由于采高大、煤壁暴露的空間大，煤壁片幫嚴(yán)重，常見的片幫形式。
寺家莊煤礦15104大采高綜采面由于煤壁存在一個(gè)較軟的頂分層，煤壁片幫形式主要為a和c，占90.1%，其次為e，占5.2%，煤層強(qiáng)度對(duì)煤壁穩(wěn)定性的影響顯著，但由于支架局部。煤壁片幫
(1)工作面煤壁注水。煤層注水作用是改變了煤體的原始裂隙結(jié)構(gòu)，使煤體脆性降低，增強(qiáng)了塑性變形的性質(zhì)，促使前方塑性變形區(qū)卸壓帶加寬和支承壓力峰值降低，使支承壓力區(qū)和峰值點(diǎn)遠(yuǎn)離煤壁，從而避免煤壁片幫的發(fā)生或使其強(qiáng)度減弱。
(2)加快工作面推進(jìn)速度，可以減少超前支承壓力的影響范圍、減少支承壓力對(duì)煤體的作用時(shí)間及降低煤壁損傷程度，從而可以減小煤壁片幫程度。
(3)充分發(fā)揮支架護(hù)幫裝置作用。采用護(hù)幫板可以增加煤壁的側(cè)向約束力，使用護(hù)幫板并使其靠緊煤壁。
(4)加固煤壁。當(dāng)工作面遇到斷層等異常帶或煤體很破碎時(shí)，可采用注漿加固的方法加固煤壁以增加煤體強(qiáng)度，盡量減少煤壁片幫的發(fā)生。
(5)及時(shí)帶壓移架并提高初撐力，可以及時(shí)支護(hù)頂板使頂梁與頂板接觸良好，可以減小煤壁前方支承壓力，從而可以避免煤壁片幫的發(fā)生或減輕煤壁片幫程度。
(6)異常情況下控制煤壁片幫措施。當(dāng)工作面已發(fā)生片幫或冒頂，或遇到異常帶時(shí)，采取適當(dāng)降低采高、減少采煤機(jī)截深或加固煤壁的方法，并提高采煤機(jī)牽引速度，減少片幫程度。
3.2增加支架的穩(wěn)定性措施
(1)支架操作時(shí)，要保證泵站有足夠的壓力，升架時(shí)盡快使支架得到其額定初撐力，移架時(shí)應(yīng)采用“帶壓移架”的方式，做到“少降快拉”。
(2)提高煤機(jī)截割質(zhì)量，確保頂、底板平整，移架前必須清理干凈架前浮煤，確保支架底座與底板嚴(yán)密接觸。
(3)嚴(yán)格控制采高，適當(dāng)提高推進(jìn)速度。控制采高，可有效保持支架的穩(wěn)定性;適當(dāng)提高推進(jìn)速度，及時(shí)支護(hù)，既可有效控制冒頂和空頂距的增加，又可減輕支架的壓力。
(4)留設(shè)防滑平臺(tái)。在下端頭5～7m范圍割煤時(shí)適當(dāng)留底煤，使下端頭附近工作面坡度變小，成為防滑平臺(tái)。
(5)支架充分接頂，使支架受力均勻，避免發(fā)生空頂、露頂、冒頂現(xiàn)象，以防止支架尾部受扭失穩(wěn)。
(6)通過安裝防滑、防倒千斤頂來進(jìn)行調(diào)整支架傾倒。
(7)推移桿全程導(dǎo)向。嚴(yán)格控制推移桿和底座的間隙，支架翹頭及底座箱壓推移連桿時(shí)，必須及時(shí)處理。推移桿在任意位置，推移桿和底座間間隙不變，控制輸送機(jī)下滑。
(4)煤壁片幫時(shí)要及時(shí)超前移架，減少空頂面積。充分利用伸縮梁及護(hù)幫板來提高整個(gè)工作面設(shè)備及系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
3.3工作面的瓦斯治理
(1)鉆孔抽放
工作面運(yùn)輸、回風(fēng)巷自開切眼段每隔2.5m布置一個(gè)抽放鉆孔，運(yùn)輸巷抽放鉆孔深度為135m，回采巷抽放鉆孔深度為120m，中間重疊15m。回采工作面運(yùn)輸、回風(fēng)巷本煤層抽放鉆孔拆除時(shí)，以不影響工作面回采為宜，確保鉆孔抽放時(shí)間、效果。
(2)高抽巷抽放
所謂走向高抽巷，就是在回采工作面頂板中，與回采工作面保持一定垂高、與回風(fēng)巷平行且保持一定距離，沿回采工作面走向全長布置的抽放瓦斯的通道。高抽巷距離煤層的垂直距離主要有裂隙帶高度及瓦斯抽放效果所決定的。參考陽泉礦區(qū)裂隙帶分布范圍為底板以上7~11倍采高，即寺家莊礦高抽巷距15#煤層底板的垂距為38.5~60.5m鄰近層較密集的層位。11#煤層上有8#、9#、10#及K4灰?guī)r瓦斯涌出密集區(qū)，下有12#、13#、14#上、14#下瓦斯涌出密集區(qū)，選擇在11#煤層中對(duì)于抽放鄰近層瓦斯比較有利，因此寺家莊礦高抽巷沿11#煤頂板布置，距離15#煤層底板57.25m左右
為保證高抽巷處于充分卸壓后的裂隙帶范圍內(nèi)，其距離回風(fēng)巷水平距離為：
式中：H—走向高抽巷距離煤層底板垂高，57.25m;
γ—頂板巖石垮落角，67°;
Lg—高抽巷距離回風(fēng)巷水平距離，m;
L—工作面長度，240m。
所以，高抽巷距離回風(fēng)巷水平距離介于24.3m與120m之間，同時(shí)考慮到工作面通風(fēng)負(fù)壓的影響，確定其距離回風(fēng)巷水平距離為66m。
(3)“U+I”型通風(fēng)
內(nèi)錯(cuò)尾巷風(fēng)排瓦斯占總風(fēng)排瓦斯的大部分，有效的控制了工作面回風(fēng)上隅角的瓦斯積聚，從根本上解決了回風(fēng)上隅角瓦斯超限問題。
布置內(nèi)錯(cuò)尾巷比外錯(cuò)尾巷掘進(jìn)工程量少，且內(nèi)錯(cuò)尾巷受壓小，巷道隨采隨冒，一直處于全負(fù)壓的通風(fēng)狀態(tài)，通風(fēng)良好，風(fēng)量大，通風(fēng)管理簡單。
寺家莊礦15#煤層為煤與瓦斯突出煤層且上分層較軟，內(nèi)錯(cuò)尾巷不易布置在煤層中，因此內(nèi)錯(cuò)尾巷布置在頂板上方5.0m處。
內(nèi)錯(cuò)尾巷與回風(fēng)巷的水平距離以10~15m為宜，最大不超過20m，距離較小時(shí)，生產(chǎn)過程中，回風(fēng)巷受應(yīng)力疊加，應(yīng)提前加強(qiáng)維護(hù)。
3.4工作面的煤與瓦斯突出治理
(1)突出危險(xiǎn)性預(yù)測預(yù)報(bào)
嚴(yán)格按要求對(duì)工作面進(jìn)行預(yù)測預(yù)報(bào)，使用WTC瓦斯突出參數(shù)儀測定鉆屑解析指標(biāo)來預(yù)測工作面突出危險(xiǎn)性，如表3-1。預(yù)測預(yù)報(bào)孔深8~10m，必須預(yù)留2m的超前距離，每隔10~15m布置一個(gè)預(yù)測預(yù)報(bào)孔。工作面正常回采，K1值按0.5掌握，Smax按6掌握;遇構(gòu)造時(shí)，K1值按0.4掌握。如果發(fā)現(xiàn)預(yù)測參數(shù)異常，必須立即采取相應(yīng)措施。
(2)防治突出技術(shù)措施
工作面檢修班時(shí)施工卸壓孔，施工卸壓孔位置在每架液壓支架之間，在頂板往下1m范圍內(nèi)施工，數(shù)量為每架支架1個(gè)，卸壓孔垂直于工作面施工，所有卸壓孔深度均為13m左右，在滿足一天生產(chǎn)時(shí)，預(yù)留5m的超前距離。
(3)防止突出技術(shù)措施效果檢驗(yàn)
采用鉆屑指標(biāo)法進(jìn)行防突措施效果檢驗(yàn)，如表3-1所示使用WTC瓦斯突出參數(shù)儀測定鉆屑解析指標(biāo)和鉆屑量指標(biāo)。在預(yù)測預(yù)報(bào)孔超標(biāo)的地方施工效果檢驗(yàn)孔，孔深為8~10m，必須預(yù)留2m的超前距離。
工作面施工卸壓孔后在預(yù)測預(yù)報(bào)孔超標(biāo)的地方進(jìn)行效果檢驗(yàn)，K1值、Smax值都不超標(biāo)，方可進(jìn)行回采;效果檢驗(yàn)K1值或Smax值有一個(gè)超標(biāo)需補(bǔ)打卸壓孔，補(bǔ)打卸壓孔直至效果檢驗(yàn)不超標(biāo)，方可回采。
3.5提高工作面采出率的措施
大采高一次采全高工藝開采的工作面煤炭損失分為兩部分，大采高開采過程中采高損失和初、末采損失。采高損失煤量為主要損失煤量，這其中包括端部損失煤量和工作面內(nèi)部損失煤量，端部損失煤量主要取決于過渡段長度和底煤厚度。
為降低工作面端部底煤高度，減少底煤損失，可采取超前起底的辦法，工作面中部正常割煤段高度要達(dá)到支架最大采高，對(duì)于煤厚超過最大采高的部分，盡量保持底煤平整，以利于支架等設(shè)備的穩(wěn)定，保證工作面快速推進(jìn)。采煤機(jī)要盡量割至頂、底板，保證達(dá)到支架最大采高，提高回采率，端部過渡段根據(jù)實(shí)際情況合理調(diào)整，在保證過渡段較短的同時(shí)，保證工作面設(shè)備的穩(wěn)定。
4 結(jié)語
(1)研究了大采高綜采工作面的煤壁片幫機(jī)理。結(jié)合支架可伸縮頂梁、防倒、抬底及底調(diào)千斤頂和二級(jí)護(hù)幫等結(jié)構(gòu)特征，制定了支架穩(wěn)定性控制技術(shù)措施，有效防止支架傾倒和下滑以及煤壁片幫與端面漏冒，保證了合理的支架—圍巖關(guān)系，取得了良好的支架穩(wěn)定性和圍巖穩(wěn)定性控制效果。
(2)集成應(yīng)用了“采前瓦斯探測+區(qū)域劃分+工作面巷道預(yù)抽+走向高抽巷抽采+‘U+I’型通風(fēng)+工作面鉆孔防突+防突檢驗(yàn)”瓦斯綜合治理與防突技術(shù)體系，取得了顯著的效果。
(3)大采高綜采技術(shù)在寺家莊礦15104工作面的應(yīng)用實(shí)踐表明：大采高綜采工藝比綜放，更有利于瓦斯治理，可以在陽泉礦區(qū)高瓦斯厚煤層中推廣應(yīng)用。
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