水预裂管理顶板、全部垮落法旺采工艺在稳定顶板条件下的应用李源东

水预裂管理顶板、全部垮落法旺采工艺在稳定顶板条件下的应用李源东

李源东

神华神东煤炭集团榆家梁矿陕西神木719315

摘要：2017年4月至8月，神华神东煤炭集团榆家梁煤矿5-2煤52309短壁回采工作面采用水预裂管理顶板，解决了稳定顶板条件下采用线性支架管理顶板、全部垮落法旺采工艺的顶板管理问题，做到了顶板随采随冒，消除了稳定顶板条件下旺采采空区大面积悬顶的安全隐患。

关键词：水预裂；全部跨落法；稳定型顶板；旺格维利采煤法；随采随冒；大面积悬顶

1旺格维利采煤法在神东矿区的应用

神东煤炭集团在开发建设过程中始终坚持高产高效的道路，形成了以长壁回采为主的生产模式，同时，努力对矿井、盘区的边角区域、构造附近以及大巷煤柱等不能布置综采地段的资源回收进行着探索。自1996年以来，先后采用了煤柱支撑房柱式采煤法、旺格维利单翼回采采煤法、双翼对拉旺格维利采煤法、使用国产两台线行支架和四台线行支架房采工艺等不同的房柱式采煤方法，2011年引进进口飞尔奇线行支架、全部跨落法旺采工艺，首次在榆家梁煤矿42216旺采区试验并取得成功，解决了不稳定－中等稳定型顶板条件下采空区顶板大面积悬顶问题。但是如榆家梁煤矿5-2煤稳定型顶板条件下旺采工作面顶板管理始终未能取得较好效果，不能顶板随采随冒。

1.1煤柱支撑法回采阶段

1996-2000年神东矿区主要在大柳塔矿应用了美国传统型房式采煤方法，在大柳塔矿、大海则矿、上湾矿、康家滩矿（高瓦斯矿井）应用了简单的单翼回采方法进行房采。采区回采率为40%～50%。主要问题是没有彻底解决煤柱回收和顶板大面积悬顶问题。

1.2国产线行支架回采阶段

2000～2007年，神东矿区主要在大柳塔矿、上湾矿、哈拉沟矿的短壁机械化回采工作面中使用两台履带行走式液压支架，实行小煤柱双翼回采，采区回采率达到了50%～60%，但由于第一代线行支架在使用过程中故障率极高，严重影响回采效率，同时存在采空区顶板不能随采随冒，从而形成大面积悬顶的不安全隐患。2003年后神东矿区又逐渐退回到不使用线行支架的单翼房采的回采方法。

2008年至2010年，推广使用国产四台线行支架双翼回采工艺进行回采，回采过程中直接顶只有小部分冒落、老顶不跨落，但在相邻综采面推过后，从地表塌陷情况可以看到，旺采区老顶均已跨落。

1.3引进飞尔奇线行支架、全部跨落法回采阶段

2011年神东矿区引进飞尔奇线行支架、全部跨落法旺采工艺，首次在榆家梁煤矿42216旺采区试验并取得成功、并进行了推广，大大提高旺采区回采率，采区回采率达到70-80%，在榆家梁煤矿4-2煤、4-3煤等不稳定－中等稳定型顶板条件下做到了采空区随采随冒，消除了采空区大面积悬顶的安全隐患。但是榆家梁煤矿5-2煤稳定型顶板条件下旺采工作面顶板管理始终未能取得较好效果，顶板不能随采随冒，未能解决稳定型顶板条件下旺采采空区顶板大面积悬顶问题。

1.4水预裂管理顶板、全部垮落法旺采工艺在稳定顶板条件下的应用

2017年3月至9月，神华神东煤炭集团榆家梁煤矿5-2煤52309短壁回采工作面采用水预裂管理顶板，通过半年的实践与总结，解决了稳定顶板条件下采用线性支架管理顶板、全部垮落法旺采工艺的顶板管理问题，做到了顶板随采随冒，消除了稳定型顶板条件下旺采采空区大面积悬顶的安全隐患。

2水预裂管理顶板、全部垮落法旺采工艺在榆家梁煤矿52309短壁回采工作面的应用

2.1工作面概况

2.1.1煤层赋存情况

榆家梁煤矿52309短壁回采面采区范围内，煤层属低变质烟煤，黑色块状，条痕褐黑色，沥青或油脂光泽，线理细条带状结构，硬度大。煤层赋存稳定，煤层厚度2.6-3.3m，平均2.95m，倾角1-3°，容重1.31t/m3，后生裂隙发育，燃点315C°，单向抗压强度为273~569（kg/cm2），坚固系数3.5。结构比较简单，工作面内普遍存在局部有一层夹矸，夹矸岩性为灰色泥岩，厚度0.05-0.25m。

根据5-2煤层自然瓦斯成份，本工作面划为二氧化碳-氮气区，根据历年光谱分析采掘中实测瓦斯浓度为“0.003％”。煤层煤尘属性为有爆炸性，煤层自燃倾向性等级属于Ⅱ类自燃煤层。

2.1.3工程地质及水文地质

该采区地表为黄土沟壑区，地表标高：1322-1389m，最大高差103m；地层总的趋势是以极缓的坡度向西倾斜的单斜构造，倾角1-3°；断层不发育，后生裂隙发育；上部56-74m有4-2煤42221综采面采空塌陷区。

回采工作面涌水主要为基岩裂隙水，补给贫乏，正常涌水量15m3/h左右，东部小窑越界开采边界基本清楚，老塘贯通透水也应予以设防，最大涌水量50m3/h。

2.1.4采区巷道布置

52309短壁回采面采区布置两条平巷，垂直于集中巷两侧共布置31条支巷，划分为四个区段，区段间留设10m隔离煤柱，支巷间每隔30-40m施工联巷，将采区内分成条带，在区段的边界布置贯通巷，将区段内的支巷连通，作为区段回采时的通风巷道，支巷间煤柱宽度均为10.5m。

2.1.5巷道断面及支护形式

所有巷道均为矩形巷道，巷道宽度5.4m，巷道高度3.0m，平巷为锚杆+冷拔丝网片+锚索联合支护，锚杆布置5套/m，锚索成矩形布置，2套/3m，支巷及其联巷采用锚杆支护，锚杆布置5套/m。

2.2回采工艺

2.2.1回采顺序

每一区段支巷间每隔30-40m由联巷联通，将区段划分成2-3个条带，逐条带后退进行回采，区段内条带及支巷均采用后退式进行回采，每一区段回采完毕后，再回收支巷口及顺槽煤柱。

2.2.2回采工艺

采用双翼进刀，左侧采硐深为8m，右侧采硐深为9m，进刀角度40º，采硐间留设300mm煤皮，相邻支巷间采硐贯通。

2.2.3线行支架移架顺序

回采时支巷内及条带后联巷口（靠采空区一侧）各布置两台线行支架进行支护，随煤房的回采迈步式交替移架，每一支巷回采完毕后，先将支巷内线行支架移到下一回采的支巷内，再将联巷内支架移到下一联巷口进行支护。

2.3水预裂管理顶板

2.3.1水预裂钻孔布置

为避免榆家梁煤矿52309短壁回采工作面形成采空区大面积悬顶、发生顶板大面积来压，保证安全回采采，采用水预裂放顶技术，弱化上覆顶板岩层，使顶板易于垮落，解决短壁回采过程中顶板控制问题。

钻孔参数根据顶板岩层厚度、采高等参数确定，压裂钻孔布置如图3所示。在联巷内施工压裂钻孔L和S。钻孔红色段不实施压裂。压裂钻孔L，仰角为25°，斜长40m；压裂钻孔S，仰角为48°，斜长27m。钻孔垂深19m，能够有效破坏老顶稳定性。

第一区段各采块均布置1个L孔、2个S孔，由于回采中顶板垮落效果较好，在回采第二、三、四区段时，对钻孔布置进行了优化，只在采区边界的采块施工S孔（类似强制放顶掏槽眼），以充分破坏顶板完整性以外，其他采块均不施工S孔，实践效果较好，既充分破坏了顶板完整性，又减少了钻孔施工工程量、节约了成本。

2.3.3顶板矿压显现

根据现场观测总结，该短壁回采工作面矿压显现主要有以下规律：

（1）每一区段第一条带的第一条支巷回采完毕后（回采面积约1200平米）、次日顶板初次垮落、顶板垮落较为理想，直接顶冒高4-5米、充填严实；在随后的回采中，顶板垮落一般滞后于采面1-3个采硐即5-15米。

（2）第一、二区段回采完毕后（回采面积约35000平米），老顶开始垮落，工作面来压，巷道片帮严重，回采时线性支架压力增大（支架压力由10-15Mpa增加至20-25Mpa）。

（3）回采至支巷联巷口时，顶板经过水预裂后破坏较为充分，由于在联巷口悬顶面积较大，顶板矿压较大，容易发生局部冒顶，造成压死支架或支架及连采机被矸石埋压在采空区的事故，回采时应在在联巷口留设三角煤柱支撑顶板。

2.3.4经济效益分析

榆家梁煤矿52309短壁回采面可采储量26.3万吨，采用水预裂管理顶板、全部垮落法旺采工艺实际采出煤量21.4万吨（采区回采率81.5%），相比较煤柱支撑法房采工艺（回采率55%，采出煤量14.5万吨）多回收资源6.9万吨，按吨煤利润200元/吨计算，增加效益1380万元。

该采区施工水预裂钻孔173个、进尺5646米，施工费用140万元。

则该采区采用水预裂管理顶板、全部垮落法旺采工艺较煤柱支撑法房采工艺多回收资源6.9万吨，多产生效益1240万元，效益非常可观。

3存在的问题

采用水预裂管理顶板、全部垮落法旺采工作面主要存在以下问题需要进一步解决：

（1）顶板水预裂后顶板淋水大，巷道底板淤泥多，不利于回采工作面质量标准化管理；

（2）由于巷道老顶已经破坏，巷道交叉口悬顶面积大、失去有效支护，易发生局部冒顶、压死支架事故。

4结语

榆家梁煤矿5-2煤52309短壁回采工作面采用水预裂管理顶板，解决了稳定顶板条件下采用线性支架管理顶板、全部垮落法旺采工艺的顶板管理问题，做到了顶板随采随冒，消除了稳定顶板条件下旺采采空区大面积悬顶的安全隐患。但进一步推广应用，仍有如巷道淋水大、质量标准化水平有待提高、巷道交叉口易发生局部冒顶压死支架等问题需要解决。