特厚煤层孤岛工作面停采设计优化

王星星，王亚军

（晋能控股煤业集团 同忻煤矿，山西 大同 037000）

1 概况

1.1 地质概况

同忻矿8102 工作面为一盘区孤岛工作面，开采煤层为石炭系C3-5 号层，煤层厚度为12.9～22.7 m，埋深为446 m，采用综合机械化放顶煤开采，采煤机割煤高度为3.8 m，其余均通过低位放顶煤支架放出。工作面长度为251 m，共稳设140个支架，其中ZF21000/27.5/42 型正四连杆低位放顶煤支架139 架，ZFG21000/29/42H 型过渡支架7架（头3 架、尾4 架）、1 组ZTZ30000/27.5/42 型端头支架（两架一组） 支护顶板，采用自然垮落法管理顶板。

8102 工作面为同忻矿首个孤岛工作面，8102工作面东部为实煤区，北部为8103 工作面采空区（该工作面已于2015 年采完），西部为3 条盘区大巷，南部为8101 工作面采空区（该工作面已于2010 年采完）。8102 工作面与8103 工作面和8101工作面均留设6 m 小煤柱。

1.2 矿压概况及停采位置说明

8102 工作面开采周期为2020 年6 月至2021年6 月，工作面开采过程中受本工作面回采超前支撑压力、邻近采空区侧向支撑压力和上覆煤柱压力集中影响，矿压现象强烈。该工作面至开采结束，共来压46 次，初次来压步距为127 m，周期来压45 次，8102 工作面平均周期来压步距为24 m，工作面自采位600～900 m 工作面周期来压显现比较明显，支架受力大、活柱下缩量大、安全阀开启、炸帮底鼓严重、溜子栽斜、推进困难等。

如图1 所示，根据四邻关系及上覆层间对照关系，8102 工作面在1400 m 停采位置附近，无上覆煤柱影响；2102 巷也已进入实煤区，不受8101 采空区侧向支承压力影响；5102 巷在1400 m 采位仍然受8103 采空区侧向支承压力影响，同时受5102巷系统巷、回风绕道以及顶抽巷位置影响，1400 m 位置已经是最终位置，无法再往后推迟。

图1 同忻矿8102 孤岛工作面四邻关系及停采位置说明Fig.1 Four-neighbor relationship and stoping position of 8102 isolated working face in Tongxin Mine

2 孤岛工作面停采设计优化

2.1 以往工作面停采设计

同忻矿以往一直采用传统的停采支护方案，分为支架主顶梁支护和扩宽机道支护，支架主顶梁采用4 排工字钢锚索、1 排钢带锚杆进行支护；扩宽机道采用5 排钢带锚杆、1 排组合锚索、1 排走向工字钢进行支护，如图2 所示。

图2 同忻矿以往工作面停采设计Fig.2 Design of stopping mining of previous working face in Tongxin Mine

2.2 优化后的停采设计

8102 孤岛工作面在停采位置附近仍然受应力叠加影响，为实现快速停采，在保证安全的前提下对停采设计进行优化，使用钢丝绳代替部分支护。

支架主顶梁优化为2 排工字钢锚索和1 排无支护的工字钢，同时增加部分钢丝绳；扩宽机道采用5 排钢带锚杆、1 排钢带锚索、1 排组合锚索和1排走向工字钢，以往工作面采用ZF15000/27.5/42支架，8102 孤岛工作面采用ZF21000/27.5/42 支架，支架变长，故机道宽度由原来的6.25 m 扩宽至7.1 m，因此机道支护增加1 排锚杆+钢带支护。具体支护方式如图3 所示。

图3 同忻矿8102 工作面优化后停采设计Fig.3 The stoping design of 8102 working face after optimization in Tongxin Mine

支护优化前后具体对比见表1。

表1 同忻矿综放工作面停采支护优化前后比较Table 1 Comparison between before and after optimization of stop mining support in fully mechanized caving face of Tongxin Mine

3 优化效果

3.1 快速停采成效

8102 孤岛工作面通过对停采设计优化后，较以往工作面相比，虽然采用ZF21000/27.5/42 型支架，扩宽机道宽度由之前的6.25 m 增加到7.1 m，需多补打1 排钢带锚杆，但是通过对主顶梁工字钢锚索进行优化，较以往相比，停采时间大大缩短，实现了工作面的快速停采，见表2。

表2 同忻矿各综放工作面停采时间对比Table 2 Comparison of stopping time of each fully mechanized caving face in Tongxin Mine

通过与以往工作面相比，经过优化后，虽然8102 孤岛工作面倾斜长度平均增加了38.8 m，支架数量平均多出22 架，但是停采时间最短，平均节省了5.6 d，实现了安全高效快速停采。

3.2 经济效益对比

8102 孤岛工作面经过合理优化后，整体支护上减少73 根3.8 m 工字钢，减少786 根8.3 m 锚索，减少584 根2.8 m 锚杆，当然也增加了一部分钢丝绳和6.3 m 的锚索。

停采期间节省费用主要有两部分，即材料费用和人工费用。

（1） 材料费用。减少73 根3.8 m 工字钢费用104533 元，减少786 根8.3 m 锚索费用310863 元，减少584 根2.8 m 锚杆费用141912元，增加7000 m 钢丝绳（12 根横向、147 根纵向） 费用为77000 元、增加232 根6.3 m 锚索费用74588 元。此次快速停采主要节省材料费用共计约为40.6 万元。

（2） 人工费用。停采支护人工费用情况根据以往停采支护用工用时情况，预计优化前需要17 d完成停采支护，实际优化后用12 d，节约时间5 d。按照每日早班+夜班共计120 人，每工500 元/d计算，此次工艺共计节约人工费用30 万元。

因此本次停采设计优化后共节省材料和人工费用为70.6 万元。

4 结语

同忻矿8102 孤岛工作面在停采期间虽然仍受应力叠加影响，在保证安全的前提下，通过对原有停采设计进行优化，增加部分钢丝绳，仅用12 d 完成所有停采支护，较以往工作面平均节省5.6 d，实现了安全高效快速停采。此次8102 工作面通过优化后，整体支护上减少73 根3.8 m 工字钢、减少786 根8.3 m 锚索、减少584 根2.8 m 锚杆，节省材料费用和人工费用共计70.6 万元，经济效益显著。此次实习安全快速停采支护，为大同矿区特厚煤层综放工作面停采提供了经验，具有推广的价值。