郎軍 郭璋 韓偉
摘要:針對松散圍巖條件下綜放工作面末采管理問題,采用現(xiàn)場實踐和理論分析相結(jié)合及以往工作面實踐經(jīng)驗,對伊泰京粵酸刺溝礦業(yè)有限責(zé)任公司6上117工作面末采期間相關(guān)事項進行了研究總結(jié),結(jié)果表明:設(shè)備撤出巷位置規(guī)格、支護形式、等壓讓壓煤柱的留設(shè)及工作面工程質(zhì)量等關(guān)鍵性因素采取了針對性的煤體加固、礦壓管控、工藝改進等主動預(yù)防技術(shù)措施,可以為綜放工作面貫通能夠起到快速優(yōu)質(zhì)安全的效果。
關(guān)鍵詞:綜放工作面;末采;等壓讓壓;支護
中圖分類號:TD323 文獻標識碼:A 文章編號:1001-5922(2019)12-0097-03
采煤工作面回撤是開采的一道重要工序,直接影響到礦井的安全、產(chǎn)量、效益及工作面搬家速度[1-4]。根據(jù)現(xiàn)階段研究實踐情況,對于綜放工作面末采貫通進行了大量實踐和研究,而松散圍巖條件下綜放工作面安全高效貫通研究較少。文章通過總結(jié)分析伊泰酸刺溝煤礦6上117工作面末采貫通期間的生產(chǎn)經(jīng)驗,在煤體加固、礦壓觀測、工藝改進等方面采取了針對性的主動預(yù)防技術(shù)措施,可為同類型礦井的煤礦末采提供借鑒。
1 6上117工作面概況
酸刺溝礦井位于準格爾煤田中西部,地形總體為北高南低,在此基礎(chǔ)上又表現(xiàn)為中部高而向東西兩側(cè)漸低之變化趨勢。6上117工作面位于井田一盤區(qū)南翼,工作面南北走向3292m,工作面傾向254.6m,煤層傾角l°~6°。該工作面上方為4煤4201工作面和4203工作面的部分采空區(qū),煤層間距平均約55m,平面對照圖如圖1所示。煤厚平均14.4m。機采高度3.8m,放頂煤平均厚度10.6m?;夭晒こ讨泄ぷ髅娼衣稊鄬?條,沖刷帶3處。該工作面地形縱橫切割,形成梁峁、枝狀溝谷。工作面地形總體南部和北部較高、中部大面積低洼,高差約159.6m。
2 末采前期準備工作
2.1設(shè)備撤出巷的支護
6上117回采工作面煤層大部分頂板無直接頂,老頂為灰白色一灰色中粗粒砂巖、礫巖,泥質(zhì)或鈣質(zhì)膠結(jié)弱,圍巖松散,厚度30~57m。直接底為灰色泥巖,如圖2所示。老頂?shù)姆€(wěn)定性是決定采場空間穩(wěn)定性的主導(dǎo)因素嘲??紤]合理避開地表起伏、上覆煤柱、地表建筑及順槽揭露情況,最終確定距工作面切眼3292m處開設(shè)單通道設(shè)備撤出巷,巷道規(guī)格寬*高=5600mm×4200mm。
頂部錨索規(guī)格φ21.6×12000mm,煤柱幫采用φ18.9×6300mm型錨索+W鋼帶支護,兩順槽靠煤柱幫分別施工17排掛網(wǎng)錨索,方便回撤掛網(wǎng)使用。設(shè)備撤出巷回采幫施工鎖口錨索,方便回撤期間切頂回收跺架,錨索間距1400mm,距貫通幫距離2lOmm。膠、輔運順槽(回撤通道開口)回采側(cè)20m,煤柱側(cè)10m范圍,使用11#礦用工字鋼+錨索支護,支護斷面圖如圖3所示。
2.2注漿加固
煤體的完整性和強度對于支撐頂板起著關(guān)鍵作用[6]。貫通期間,工作面煤體支撐能力必然減小,為了提高煤體的完整性和強度,對貫通側(cè)全長及兩順槽回采側(cè)各20m范圍采取預(yù)注CRT-101加固材料的措施。由于設(shè)備撤出巷頂煤厚度平均7.2m,上排注漿孔需達到煤巖交界面。
2.3標志孔施工
煤體二次支護和注漿加固施工完畢后,施工貫通標志孔,為煤機割煤提供參考。煤機滾筒直徑2500mm,貫通最佳效果為工作面底板比撤出巷底板高200mm~400mm,貫通標志孔設(shè)計距底板2700mm,孔間距10m,變坡處間距調(diào)整為6m,孔深20m。標志孔為水平孔,角度不得大于1°。標志孔內(nèi)插入PVC管,并注入白灰。
3 貫通期間控制技術(shù)
3.1頂?shù)装濉⒉筛哒{(diào)整
推進至距設(shè)備撤出巷150m時,對工作面及設(shè)備撤出巷底板標高每間隔20m設(shè)置1個測量點進行測量,配合測量對工作面寫實素描。采煤時及時抬、剎刀使工作面底板比主回撤通道底板傾向坡度保持高400mm,使撤架時支架易于拉出;距50m時,測量頻次由每兩日一次調(diào)整為每日一次。同時開始逐漸將采高從3.8m降低至3.5m,不再放頂煤,使頂板回轉(zhuǎn)空間減小,從而降低來壓強度。
3.2等壓讓壓煤柱計算
工作面等壓技術(shù)是利用推進速度變化對采場來壓特征的影響,實現(xiàn)改變控制來壓的位置和持續(xù)長度的目標[7]。根據(jù)頂板災(zāi)害監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)顯示,6上117正?;夭善陂g周期來壓規(guī)律較明顯,來壓步距平均約37m,來壓持續(xù)步距一般約12m,來壓時支架工作阻力11522.5kN~18577.5kN,最大工作阻力18577.5kN。距貫通50m開始不放頂煤后,不放頂煤來壓步距平均約30m,來壓持續(xù)步距一般約為8m,最大工作阻力15328.0kN。
根據(jù)極限平衡理論,當工作面在讓壓位置處于來壓狀態(tài)時,且來壓持續(xù)長度小于剩余煤柱寬度時,應(yīng)適當降低回采速度,從而降低超前支撐壓力峰值,避開工作面貫通時的頂板來壓。當在讓壓位置處頂板未處于來壓狀態(tài),從而避開來壓影響[8]。
D1為理論計算的等壓間隔煤柱寬度,m;D2為保證貫通時不來壓的等壓間隔煤柱寬度,m;Z1為超前支承應(yīng)力影響下等壓間隔煤柱塑性區(qū)寬度,根據(jù)極限平衡理論,可由式(4)計算得出;Z2為間隔煤柱靠近主回撤側(cè)錨桿錨固范圍,為2.0m; 1c為來壓持續(xù)長度,根據(jù)末采階段來壓顯現(xiàn)取8m;k為考慮綜放影響增加的穩(wěn)定性系數(shù),取1.2。M為煤層采高,取3.8m;f為層面間的摩擦因數(shù),取0.4;φ為煤體的內(nèi)摩擦角,取25°;τ為煤柱側(cè)向約束力,取0.1MPa;C為煤層與頂板黏聚力,取5.6MPa;K為應(yīng)力集中系數(shù),2.5;γ為煤層重力密度,23.5kN/m3;H為煤層埋深,取275m。
計算得出D1取18.84m,運用貫通前期推進速度調(diào)控和等壓開采技術(shù),使工作面推至距設(shè)備撤出巷18.84m附近位置時處于來壓狀態(tài)。實際末采時距撤出巷21m時仍未見大面積來壓,工作面中部個別安全閥開啟,決定等壓,同時檢修綜放工作面設(shè)備,確保來壓后快速貫通。
3.3掛網(wǎng)、挑梁
距撤出巷16m時頂板來壓基本通過,調(diào)整工作面與停采線平行,工作面支架排成一條直線(±50mm),保證機頭、機尾同時到達鋪網(wǎng)線,開始鋪設(shè)高強度聚酯纖維網(wǎng),本次末采使用兩片柔性樹脂纖維網(wǎng),第一片網(wǎng)規(guī)格8×265m,強度為600kN,且兩側(cè)(傾向)網(wǎng)邊各編入一道鋼絲繩;第二片網(wǎng)規(guī)格10×265m,強度為800kN,且編入10道鋼絲繩。末采工序為:割煤→放網(wǎng)→移架→推前部運輸機→撩網(wǎng),采取循環(huán)作業(yè),待貫通后,挑梁、清煤。貫通后及時將工作面的網(wǎng)片與設(shè)備撤出巷的網(wǎng)片搭接平整并扭結(jié)好。調(diào)整工作面支架架形,保證支架頂梁挑住設(shè)備撤出巷主通道支設(shè)的工字鋼,長度不少于400mm,方便支架撤出。
4 結(jié)語
通過設(shè)備撤出巷前期有條不紊的準備工作和具體的施工實踐,此次末采自開始掛網(wǎng)歷時72h,實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)貫通。貫通時圍巖平穩(wěn)垮落,達到了預(yù)期效果,在技術(shù)上和實踐中切實可行。貫通前設(shè)備撤出巷設(shè)備撤出巷位置規(guī)格、支護形式、等壓讓壓煤柱的留設(shè)及工作面工程質(zhì)量等關(guān)鍵性因素采取了針對性的煤體加固、礦壓管控、工藝改進等主動預(yù)防技術(shù)措施,可以為綜放工作面貫通能夠起到快速優(yōu)質(zhì)安全的效果。其成功應(yīng)用可以為同類型礦井的煤礦末采提供借鑒。
參考文獻
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