應用羅克休充填技術治理采煤工作面頂板局部冒落

王曉明

(中煤能源集團有限公司,北京市朝陽區,100120)

應用羅克休充填技術治理采煤工作面頂板局部冒落

王曉明

(中煤能源集團有限公司,北京市朝陽區,100120)

應用羅克休材料充填采煤工作面冒頂區,提高冒頂區圍巖的穩定,并防止冒落區的進一步擴大和有害氣體的積聚。介紹了充填方案的設計、施工及應用效果。

回采工作面 工作面冒落 局部冒落 充填技術 羅克休泡沫 馬麗散

馬脊梁礦14#煤層8309綜采工作面推進到330 m時,第19#～31#液壓支架前的機道上方發生頂板冒落,目測冒落高度3～6 m,寬度2～3 m,沿工作面長度20 m范圍內。首先選用常規方法處理冒頂,采取木垛、木柱、金屬網等支護材料在冒頂區加強支護,但在液壓支架前移時支護失效,頂板跨落范圍增大,工作面刮板輸送機被煤矸壓實,無法啟動。針對這一情況,修改治理冒頂方案,決定采取羅克休充填冒落區域,馬麗散、錨索支護加固周邊破碎頂板,通過實踐取得較好效果。

1 工作面情況及冒頂原因

1.1 回采工作面基本情況

開采煤層為14#煤層,冒落區域位于14#和12#煤層合并層,煤層厚度4.4～4.8m,傾角2～4°,條帶狀,性脆易碎,兩層煤之間有0.05～0.2 m的夾矸。頂板為灰白色細砂巖,厚度7～11 m,層理發育,層理面有黑色炭質薄膜,性脆。8309綜采工作面長度為141 m,可采長度1244 m,工作面沿底板開采,采高為2.6～3.1 m。工作面北東為8307工作面采空區,北西為礦界,南東為盤區大巷煤柱,南西為8311工作面,上覆為11#采空區,層間距為13.7～21.45 m。

1.2 冒頂原因

(1)煤巖結構影響。冒頂區域煤層為合并層,層理發育、破碎。

(2)礦山壓力影響。當工作面推進距上覆11#煤層采空區水平距離約20 m時,開始來壓反應,煤巖頂板在礦山壓力作用下垮落,引起老頂失穩,從而出現大面積頂板冒落。

(3)回采工藝影響。回采工作面沿底板留頂煤開采,采高為2.6～3.1 m,低于煤層厚度,上部為煤頂,垮落后造成支架不接頂;煤機截割過程中,移架不及時,造成端面距加大,引發煤頂塌落。

2 充填方案

2.1 羅克休和馬麗散的性能

羅克休泡沫是由兩種成分樹脂和催化劑組成的注射產品,用于密閉空氣和瓦斯、充填空隙孔洞以及加固煤巖地層,具有良好的機械抗壓性,膨脹率高,膨脹后體積為原來的20～30倍,泡沫反應迅速,3～5 min膨脹結束,并在20 min內硬化。羅克休通過混合槍,直接注入到需處理區域。

馬麗散是一種低粘度,雙組分合成高分子——聚亞胺膠脂材料,用于加固裂隙和不穩定煤巖層,具有高度粘合力和良好的抗壓能力,當它被高壓推擠,注入到煤巖層或混凝土裂縫,將煤巖層裂縫、裂隙(包括肉眼難以覺察的裂隙及在高壓作用下重新張開的裂隙)充填粘合。

2.2 充填方案設計

根據冒頂區域煤層頂板地質條件和冒頂原因分析,冒頂區域及周邊煤巖頂板較破碎、不穩定、易跨落,應采取充填冒落空洞、加固周邊頂板,制造嚴實的人工假頂等綜合技術措施,以利于液壓支架有效接頂。按照方案設計思路,選用羅克休和馬麗散。充填方案設計共3個步驟。

(1)采用羅克休充填頂板冒落空洞區,能夠高速成形,具有高膨脹率,實現冒頂區快速充填,通過其漿液在裂隙中的擴散、膨脹,防止圍巖進一步弱化、冒落。

(2)采用馬麗散加固前方煤體、周邊破碎頂板區域,快速固結破碎巖石或松散煤體,形成拱形加固帶,提高煤巖體的整體強度。

(3)采用穿鋼針、錨索支護加固圍巖,通過錨索將破碎區域直接懸吊在較穩定的巖層中,在工作面煤壁鉆孔穿鋼針與羅克休共同起到組合假頂的作用。

2.3 充填方案的應用

2.3.1 羅克休充填

(1)羅克休充填。在冒落區域采用塌落的煤矸作為支撐,從兩端向中部用木板、木杠以及尼侖布密封,形成一個基本的密封空間。采用羅克休中空填充技術,從冒落帶兩端向中部注射,1個工作日共注羅克休13 t,將冒落區域充填。

(2)制造人工假頂。使用羅克休泡沫充填冒頂區后,在16#～31#支架前工作面煤壁(距底板2.6 m處)水平布置30個孔,孔深5～7 m,孔徑150 mm,孔間距0.6～0.8 m;依次向孔里穿鋼針(11#工字鋼),每根鋼針長8～10 m(每節3～5 m長,兩節用夾板連接為一根),外露2～3 m,之后,把長1.5 m左右,直徑大于160 mm的木柱垂直鋼針方向搭在鋼針與羅克休泡沫充填體之間,并剎緊背牢,由羅克休泡沫充填體、木柱與鋼針共同形成人造假頂。

(3)移支架。人工假頂形成后,清理冒落區煤矸,從31#支架開始向機頭部逐步移架,直至支架前探梁進入人工假頂,見圖1。

圖1 羅克休充填工作面冒落區示意圖

2.3.2 馬麗散加固破碎頂板

采用馬麗散加固技術在8309工作面運輸巷(2309巷)和工作面7#、9#架前鉆孔注射,見圖2,孔深6～7 m,孔徑42 mm,布置7個孔,共注射馬麗散1.5 t。并在工作面1#～16#、32#支架前采用錨索吊鋼梁支護頂板,錨索長5 m,鋼梁托板采用11#工字鋼,長為0.8 m,加強對周邊破碎頂板的控制。

圖2 工作面破碎頂板區域注馬麗散鉆孔布置圖

2.4 通過冒頂區的回采工藝

冒頂區注射羅克休→清理機道冒落的煤矸→開啟刮板輸送機→采煤機從尾部進刀→支架及時前移到最小端面距→工作面頭部進刀,依次循環。采取減小采煤機截深、及時帶壓擦頂移架的方法,即每刀截深減小為0.3～0.4 m,破碎頂板區域可采用緊跟采煤機及時擦頂移架或滯后1～2架的距離擦頂移架。工作面冒頂區域的開采由沿底留頂變為沿頂留底推進。

2.5 經濟效果

采用羅克休充填治理工作面冒頂,施工強度小,操作方便、快速安全,治理時間較常規方法減少5～7個工作日,按回采工作面日產3500 t計,當月多產出煤炭2萬t左右。

3 結論

(1)綜采工作面治理冒頂的技術關鍵點在于制造人工假頂、加固破碎頂板。

(2)羅克休充填技術結合穿鋼針棚頂能夠形成承載力較強的人工假頂共同作用,并可有效防止冒落空洞有害氣體積聚。

(3)馬麗散可以及時改變圍巖的松散結構,提高巖體的整體強度。

[1] 趙文華,王毅,吳國強等.羅克休泡沫處理大冒高巷道頂部事故[J].煤礦開采,2010(1)

[2] 付文剛,張寶泰,王直亞,吳振啟.馬麗散加固技術在破碎頂板工作面的應用[J].煤炭科技,2010(1)

Application of Rockxiu foam stowing technology to control local roof cavings in coal face

Wang Xiaoming

(China National Coal Group Corp,Chaoyang district,Beijing 100120,China)

The application of Rockxiu foam material in filling the roof cavity after caving occurs in the roof of coal faces.This can improve the stability of the surrounding rock of the face roof caving zones,prevent the expansion of roof caving zones in coal faces and prevent the accumulation of harmful gases in and around the face caving zones.In this paper,design of the stowing or filling plan is introduced as well as the application effects of this technology.

coal face,coal face roof caving,local roof cavings,stowing technology,Rockxiu foam,Malisan

TD823.7

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王曉明(1967-),男,就職于中國中煤能源集團公司安監局,高級工程師。

(責任編輯 張毅玲)