礦井急傾斜大采高工作面煤體滑移冒落處置工藝

郭玉強+劉玉元

摘 要：工作面推采期間，地質條件變化，煤體出現滑移，頂板冒落，整個工作面機道及支架立柱前方空間冒落矸石充實，工作面頂板情況不明，溜子無法啟動，難以處置，在此情況下，采取多種組合形式，解決處置頂板，使得冒落頂板得以控制，恢復生產。

關鍵詞：大采高；急傾斜；煤體滑移；頂板冒落；處置；充填

中圖分類號：TD322 文獻標識碼：A

一、工作面概況

工作面位于一采區九層南翼，工作面走向長742.6m，傾斜長平均159.2m。工作面標高+782.2m～+904.7m，工作面埋深339.3m～467.8m。工作面開采煤層為九層煤，煤層分為上、下分層，總體厚度4.25m。煤層傾角在37.7°～43°之間，平均煤層傾角42°，工作面內地質條件較復雜。

煤層頂板為淺灰色灰巖，厚2.1m；其上為淺灰色砂質泥巖或泥巖，厚7.41m；再上為灰色泥巖粉砂巖，厚3.58m；再上為灰白色細砂巖，厚3.6m；再上為黑色泥巖，厚8.61m；再上為8層煤，厚0.7m；再上為淺灰色中砂巖，厚1.28m；再上為灰白色細砂巖，厚2.11m；再上為灰黑色泥巖，厚5.16m；再上為7層煤，厚0.45m；7層煤頂板淺灰色灰巖，厚2.40m。煤9底板灰色砂質泥巖，平均厚3.35m。

二、工作面煤體滑移及頂板情況

1.工作面生產基本情況

1902S外面煤層有益厚度3.5m，平均采高4.2m；煤層傾角平均40°，其中50節以上43°，50節～20節40°，20節以下380；工作面裝備MG500/1330-WD型雙滾筒采煤機落煤、裝煤，采煤機截深0.8m，工作面循環進度0.8m。采用SGZ1000/1400中雙鏈刮板輸送機運煤，ZY9000/24/50型掩護式液壓支架支護頂板。

2.工作面煤體滑移片幫情況

工作面煤壁出現嚴重片幫，主要集中在30節～80節，片幫深度達到5m～8m左右；由于工作面大傾角仰斜開采，仰采角度平均10°。工作面煤壁子片幫后煤矸飛起沖擊嚴重，造成1～40節飛出矸石較多，溜槽外側及人行道側埋住支架立柱空間，每個循環需要清理浮煤，期間不能多工序平行作業，嚴重影響正常出煤，造成整體推進緩慢。

片幫后采取多種措施加強工作面管理，加強防滑油缸使用、采用單向割煤，防止工作面刮板機下滑。

前期采取調溜尾方式減少工作面的空頂距但效果不理想，未能控制工作面刮板機的下滑。造成1#液壓支架、面溜頭下滑至平巷，無法正常出煤。

煤機在下端頭返刀時，工作面25～溜尾出現嚴重片幫，片幫深度達到5m～8m，造成80節以下浮煤淤滿整個機道和立柱前方人行道，壓住溜子，工作面煤機埋住。煤機扒出后反復埋住、工作面刮板機開不動。因工作面機道大面積片幫空頂，人員無法進入機道內下放煤矸、支護頂幫。

3. 1902S面煤體滑移片幫原因分析

（1）工作面推采260m臨近二次見方位置，工作面頂板壓力大。

（2）工作面受1301S面下順槽區段煤柱影響，應力集中，工作面推采到二次見方位置，1902S面與1901S面區段煤柱塑變后，應力重新分布，造成頂板壓力增大。

（3）工作面順槽巷道布置3°～6°上坡，仰斜開采。

（4）工作面處在向斜構造軸部上升階段，仰采角度進一步加大，達到10°，煤體遭到破壞，構造應力大。

（5）為防止面溜子下滑，工作面采取偽斜推采，方位角98°，8°偽斜的向上位移量抵消面溜子的下滑量。偽斜推采加大了工作面仰采角度。

（6）工作面大傾角大采高開采，片幫后形成自由面，壓力向深部轉移，引起再次片幫。

4.工作面冒落情況

工作面自開采以來，至局部發生片幫，大面積煤壁滑移及漏頂，經過后期實測及分析，得到以下數據：

80#～50#支架為高冒區，冒落寬度平均12m，漏頂高度最高54m；50#～40#架頂板冒落寬度平均6m，漏頂高度為3m～5m；40#～30#架頂板冒落寬度平均5m，漏頂高度1m～2m；預計冒落矸石15000m?，如圖1所示。

三、工作面支護方案

經過多方研究論證，針對漏頂區域，首先完成支護區域的頂板支護和冒頂區域充填工作，然后強行推采經過冒頂區域。

在工作面以外打設溜矸道及排矸巷，使用扒裝機排矸及工作面自溜排矸的方式及時運輸冒頂區域矸石；頂板及兩幫使用錨索配合金屬菱形網及鋼帶梁的方式支護，漏頂區域使用聯鎖木垛接頂加強支護，后期使用工字鋼配合4.5m單體移架推采。

1.施工溜煤矸

（1）為處理工作面片幫、埋壓溜子的煤矸，從工作面運輸巷下出口（煤壁子）外10m，按方位角286°，沿9上煤頂板補掘巷道160m透回風巷，作為溜煤矸巷，分別在50#、65#、80#節與溜煤巷作聯絡巷，分段處理壓埋溜子的煤矸，方便人員進入機道片幫區域，對頂幫進行錨帶網支護加固。

（2）使用扒裝機將50#支架以上冒落的矸石經排矸巷溜矸道外排至轉載機。同時把工作面1#～30#支架煤壁子剝幫4m，底板鋪設鐵板依靠爆破大矸石誘導巖石自溜實現工作面剩余矸石的排放。

2.上端頭至57#區域頂幫加固

（1）上端頭溜尾至57節片幫空頂段，對頂幫進行錨帶網支護加固。按照自上而下的順序，先用液壓單體臨時支護頂板，再進行頂板、煤壁子的錨帶網支護。

（2）上端頭向外15m，沿巷道下肩窩施工兩排走向對接錨索桁架，一排沿巷道下肩窩，另一排沿超前支架頂梁下邊緣。7.30日完成。

3.下端頭至25#區域頂幫加固

（1）下端頭至25#區域，對機道頂幫進行錨帶網支護。先在25節處，用單體、木料、鋼筋網等物料，對淤滿溜子的煤矸設置防滾矸安全擋卡，再自上而下進行頂板、煤壁的錨帶網支護。

4.施工溜頭段溜煤道

（1）煤機放在溜頭，開寬機道作為處理25～50節煤矸的溜煤道，開幫深度煤機截盤距煤壁2m，采用錨帶網支護頂幫，輕型鐵板鋪底溜煤，煤機上滾筒處用單體和鐵板固定在一起形成與煤壁夾角45°斜面，便于沿煤壁處向下溜矸。

（2）工作面下出口至破碎機18m范圍內，開寬上幫1m，便于存放、破碎大塊煤矸。

5.片幫矸石處理

（1）工作面溜煤道施工完畢后，負責25～80節的排矸和片幫區域支護工作。先支護后逐段排矸，先從片幫最高點（預計80節）開始，按照先支護頂部，再支護四周，錨帶網加錨索支護，預留長錨索配木料穿頂的方式進行支護，隨支護隨逐段排矸，依次向下施工。

6.轉載機內側擋煤板拆除

拆除下出口至轉載機破碎機段的上幫擋煤板，便于排運煤矸。

7.工作面單體支護

50#～80#節支架頂梁下，支設液壓單體輔助支撐。

8.溜頭回縮及端頭支架回撤

（1）將溜頭區域回縮溜槽一節，重新合茬，為端頭支架回撤創造條件。

（2）將端頭支架外牽至破碎機北側，拆卸支架，進行外運。

9.支護穿頂

冒落矸石高度隨著矸石外排開始從上而下逐漸減小，當冒頂矸石下沉2m～3m時，停止排矸，采用自上而下的順序支護。頂板及兩幫采用Φ17.8×L6200mm的鋼絞線配“W”鋼帶及金屬菱形網支護，錨索間排距1000×1000mm（根據現場實際情況，進行調整）。當煤巖體及其破碎時，先進行注漿加固，再打設錨索。

冒頂區域頂板及兩幫支護高度達到4m～5m，停止排矸，開始使用圓木穿頂。穿頂底座使用頂板下垂的4根錨索吊掛Φ350mm～Φ400mm圓木作為底座，使用固定在推采側錨索上的4根鋼絲繩斜拉圓木，加強底座穩定性。使用滑車配合鋼絲繩運輸木料至穿頂區域，確保圓木及半圓木接實頂板。

10.漏頂區域加強支護

漏頂區域按照邊排矸邊支護邊穿頂的循環順序施工完畢后，在28#～81#支架頂梁上部安設工字鋼棚加強支護。工字鋼棚采用11#工字鋼做棚頭，多根工字鋼間用專用卡子連接牢固，采用4.5m液壓單體支柱支護，工字鋼棚間排距1.75m×1.0m。

四.1902S工作面通過冒頂區域推采方案

1902S工作面漏頂區域維護完畢后，采取以下推采方案。

（一）工作面護幫錨頂假頂防護準備工作

1.臥底敷設溜槽50m，安設10寸溜矸管路160m。

2.冒頂區域45#～55#支架上方敷設皮帶、風筒布，具備充填條件。

3.43#～28#支架以下矸石邊排放邊支護，總矸石約2000m3，總錨索360根，總單體支柱200棵。

4.澆筑每天45車混合料，約90m3，平均每天澆筑冒頂區域2m高，4.5m寬。澆筑1天停工1天，間隔時間補齊將要澆筑段單體支柱，上部鋪設鋼筋網。拉鋼絲繩框架、運輸澆筑料，下部排矸支護等工作。

（二）24/50支架拉架到煤壁子

1.準備大拉力油缸L5m×5根、Φ286鏈條等拉架材料。在煤壁側底板打設錨桿/索，安設油缸，使用大油缸配鏈環固定支架、溜槽（3～5節1處）等方式，實現運輸機及支架的快速移動，使支架到達煤壁子。

2.工作面護幫錨頂結束后，在工作面片幫處每個支架頂梁前方，緊貼頂梁沿走向方向架設工字鋼棚用于臨時支護（支護穿頂木料），工字鋼棚采用11#工字鋼做棚頭，多根工字鋼間用專用卡子接牢，采用單體液壓支柱做棚腿，工字鋼棚間排距1.75m×1.0m。然后，在有效支護下，沿工作面傾斜方向打設地錨，每組8根地錨，間距1.75m，用以固定拉架油缸。

3.在推采最困難的前四茬前，對81#～75#死架處進行挑頂和臥底，采用自上而下或自下而上的方法，逐架進行挑頂和臥底處理死架子，確保每個支架頂梁前方開出0.6m×2.0m×2.4m的空間。

4.前期處理頂板期間，維修支架等設備。

（三）支架等設備維修

工作面推至煤壁處，調整好工作面支架、溜子狀態。

1.對支架存在問題進行維修完善，包括更換立柱、推移油缸、高壓管子、操作閥組等部件；完善掛全工作面防飛矸網；加設防倒防滑措施。

2.支架維修。對支架的操作閥、高壓管路、立柱、推進油缸及各類安全閥組進行維修更換。

3.運輸機及轉載機：對電機、減速機、電纜線路進行全面檢查，對鏈條、刮板、啞鈴進行排查更換。

4.煤機：完善煤機電纜卡子，對煤機進行全面會診。

（四）實施煤壁子剝幫

1.工作面支架拉至煤壁后，將煤機逐步提至溜尾區域范圍內，采取人工放炮剝幫（5.0m左右）超前支護方式，實現支架端面距在安全界限數值內，確保工作面支架頂梁全部吃進頂板去，找到正常頂板。

（五）實施支架進入煤體實體

1.剝幫完成后，將支架、溜子全部進入煤體實體。

（六）正常推采期間支架延長及縮短

1.由于前期工作面仰采開采，隱患較大，在工作面具備推采條件后，采取調采溜尾方式，調整工作面推采方位角，用油缸整體拉動部支架、溜子，確保工作面溜尾比溜頭多進12m～15m，保證工作面推采方位角在93°左右。

工作面進入正常推采后，把工作面推采方位角控制在93°，控制好煤體滑移，防止推采過程中再次出現煤體滑移偏幫出現。

2.推采過程中出現溜頭下滑，采取溜頭縮減支架及面運輸機，溜尾延長支架及面運輸機模式，來保障工作面安全高效推采。

3.支架回撤外出方式。對下巷轉載機段下幫進行開幫加寬，保障端頭支架回縮外出路線暢通；高度、寬度能夠適應24/50支架整體外出。

4.研究實施工作面運輸機快速延縮實施方案。

五.矸石充填

利用現有1902S工作面接面及轉載皮帶運輸系統改造，對1902S面處置期間矸石進行充填，具體實施方案。

1.將現有1902S工作面原運輸巷進行排水、通風等整治，排查巷道狀況，達到安全進入條件。

2.將現有1902S工作面接面及轉載皮帶運輸系統進行改造，延長現有轉載皮帶支架200m安設卸載機頭，保持現有皮帶驅動位置不再變動，在新安設卸載機頭南側安裝扒裝機，利用扒裝機反扒進行矸石回填。

參考文獻

[1]邵明偉，胡耀青，嚴國超.大采高工作面煤柱支承壓力實測分析[J].煤炭工程，2014（4）：74-75.

[2]郝海金.張勇大采高開采工作面煤壁穩定性隨機分析[J].遼寧工程技術大學學報，2005（4）：489-491.

[3]劉長友，黃炳香，楊培舉，等.大采高綜放工作面煤矸流場規律及放煤工藝參數確定[C].綜采放頂煤技術理論與實踐的創新發展——綜放開采30周年科技論文集，2012.

[4]李永紅.復雜地質條件下軟煤層大采高綜采工作面煤壁穩定性研究，2014（6）：26-28.

[5]李釗，金兆濤，聶利亞，等.極軟煤層大采高綜采化學注漿控制片幫冒頂技術[J].煤礦開采，2010（12）：57-60.

[6]馬陳社.大采高綜采工作面架前漏頂的處理措施[J].煤礦開采，2012（11）：45-47.

[7]李來源.復雜條件大傾角綜放工作面冒頂倒架機理及控制技術研究[D].山東科技大學，2011.

[8]黃志增，任艷芳，張會軍.大傾角松軟特厚煤層綜放開采關鍵技術研究[C].全國大型煤炭企業綜采技術發展成果集，2010.