官地煤礦大傾角仰采工作面頂板控制技術(shù)

喬旭東

(西山煤電集團有限責任公司 官地煤礦,太原 030022)

1　33417工作面概況

33417綜采工作面位于北四采區(qū)東南部,東北側(cè)為33419工作面采空區(qū),西南側(cè)為未采區(qū),上部為22419工作面采空區(qū)、刀柱式采空區(qū)及中北運輸巷,其中工作面34#架、52#架上部為2#煤空巷,走向與工作面推進方向水平。2#與3#煤層間距約4.81 m。工作面煤層厚度為3.52 m,偽頂為炭質(zhì)泥巖,厚0.53 m,直接頂為中粒砂巖,厚3.08 m,直接底為泥巖及砂質(zhì)泥巖,厚3.69 m,工作面走向長度為1 010 m,工作面切眼長度為202 m,每個循環(huán)推進度為0.8 m,共安設(shè)137個支架,支架型號為ZY6000/24/50支撐掩護式液壓支架。

2　33417工作面仰采頂板問題原因及分析

工作面回采平面圖見圖1。根據(jù)圖1可以看出,受向斜構(gòu)造影響,目前33417綜采工作面屬于大傾角仰采[1-2],由于采機割煤后跟架不及時,工作面在2017年7月6日于58#架-68#架段發(fā)生頂板垮冒事故,20#架-80#架段頂板失穩(wěn),經(jīng)分析，工作面頂板出現(xiàn)困難的原因主要有:

1)工作面地質(zhì)構(gòu)造條件發(fā)生變化,一方面18#架-25#架受過無炭柱(Z4-42)影響,該段頂板破碎;另一方面25#架-85#架呈向斜構(gòu)造,沿工作面走向方向最大仰采角達16°～18°,沿工作面傾向方向最大傾角達8°～10°,導致該段煤層普氏系數(shù)較低,煤幫頂板難以自穩(wěn)。

圖1　33417工作面回采平面圖Fig.1　No.33417 working face mining plan

2)受向斜影響,支架運輸機無法及時跟頂開采,24#架-51#架上部頂板為3#煤層,受超前支撐壓力及重力作用,該段頂板極易發(fā)生局部冒漏垮落,同時推進速度慢,往往在下一個循環(huán)割煤時,煤幫又被壓酥,頂板控制形成惡性循環(huán)。

3)由于工作面傾向方向最大傾角達16°,18#架-45#架、60#架-80#架發(fā)生倒架顯現(xiàn),支架普遍接頂不嚴不實,造成初撐力不夠,無法保證主動支護,支架圍巖相互作用效果差。

4)工作面前期過空巷后未及時調(diào)整運輸機上提幅度也是造成工作面困難的原因之一。

3　破碎頂板控制技術(shù)

針對工作面破碎頂板,33417工作面采取了一系列主動控制技術(shù)。

3.1　采用人工炮采頂峒方式通過

頂板破碎段采用人工炮采頂峒方式通過,人工頂峒支護示意圖見圖2,并配合加強菱形網(wǎng)進行鋪網(wǎng)構(gòu)假頂,具體措施如下。

1)在滾幫煤大、煤質(zhì)軟的地段,采用洋鎬配合風鎬掏柱窩進行替柱或維護加打挑梁棚支護。在煤幫相對較硬的地段,采取頂峒子炮采方式作業(yè),要求運輸機擋煤板至煤幫單體里側(cè)凈寬不小于4.5 m。

2)穿梁,頂峒段支架上兩根鐵梁支護頂板,所上插梁必須隨工作面上山往上挑,每個循環(huán)抬高運輸機200 mm～300 mm,梁一端插入支架前梁不小于0.4 m,另一端頂死煤幫。梁上必須用板梁、圓木勾實。梁下視現(xiàn)場情況加打一梁三柱或一梁兩柱,采機通過時回取第一根單體,所有單體必須打在硬煤上并穿鐵靴,為防止采機通過時發(fā)生煤壁滾幫現(xiàn)象,單體必須保證足夠的迎山角并將煤幫盤死,必要時可采用玻璃鋼錨桿配合W鋼帶對所加單體進行保護。

圖2　人工頂峒支護示意圖Fig.2　Supporting diagram of artificial roof chambers

3)鋪網(wǎng),首先將加強菱形網(wǎng)長邊沿工作面走向布置,將網(wǎng)短邊插入梁下或卷在煤幫,并用8#鐵絲將金屬網(wǎng)與梁上板梁捆綁好,然后依次在該架梁前400 mm處打2根戴帽點柱將網(wǎng)撐起,然后開始降階抽梁,直至完成第一個循環(huán)鋪網(wǎng)作業(yè),第二個循環(huán)連網(wǎng)方式采用單網(wǎng)相連,網(wǎng)長短邊搭接均為200 mm,搭接處用雙股14#鐵絲相聯(lián),間距為100 mm,要求用專用聯(lián)網(wǎng)鉤、聯(lián)網(wǎng)鐵絲,每扣旋轉(zhuǎn)擰結(jié)不少于3圈,依次類推,在鋪網(wǎng)完成后必須使用板梁將鐵梁與網(wǎng)接實,完成構(gòu)假頂。

4)頂板破碎段使用單體輔助拉架,具體操作為:拉架時頂梁少降或不降,利用支架抬高千斤頂將支架底座抬高,利于遠距離送液操作單體將支架帶壓拉出,確保拉架過程中支架上鐵梁不發(fā)生較大位移,而導致煤幫單體發(fā)生滑落失效。加強支架檢修力度,提高支架初撐力,樹立頂板控制“初撐力第一”理念。

3.2　采取注加固膠進行維護

局部頂幫破碎段采取注加固膠進行維護,注膠眼布置示意圖見圖3,注膠參數(shù)如下。

1)注膠孔位置。選擇頂板破碎及滾幫較大段,在煤壁沿煤層走向布置注膠鉆孔,確保膠體能夠滲入頂板及2#煤體起到粘合作用。

2)注膠孔參數(shù)。在距支架片幫下1 m打眼,保證眼深4 m,封孔距離為1 m,每隔1.5 m打1個孔,角度向上不超過20°;超高段打三花眼,上眼角度向上不超過20°,下眼沿水平打設(shè),兩排眼距不超過1.5 m。前2個循環(huán)每個循環(huán)注膠1次,之后每2個循環(huán)注膠1次,每個眼注膠量為20桶。

3)注膠配比。把吸料管分別插入樹脂和催化劑桶中,按照1:1的比例進行注膠,注膠過程中隨時觀察煤壁及頂板情況,發(fā)現(xiàn)有漏膠現(xiàn)象時及時停泵,待膠體凝固后再繼續(xù)注膠。

圖3　注膠眼布置示意圖Fig.3　Layout of injection holes

3.3　優(yōu)化工作面回采工藝

1)由于工作面13#架-26#架剛過完無炭柱構(gòu)造,無炭柱邊緣處頂板破碎,因此采機上機頭后吃刀位置要根據(jù)頂板情況適當調(diào)整,一種方法是將吃刀位置放置40#架后頂開峒子處；另一種方法在機頭段吃刀,將吃刀位置控制在20#架內(nèi),然后利用液壓支架頂溜裝置配合采機滾筒進行強行吃刀,以此控制頂板破碎段支架能夠全部及時拉出,縮短空頂時間,確保頂板不發(fā)生漏頂。

2)控制好運輸機的竄動,由于大幅度提運輸機,運輸機勢必向兩端頭竄動,為保證兩端頭出口符合要求,可采用機頭多進或機尾多進進行調(diào)刀,或采用單向頂運輸機進行控制。

4　結(jié)束語

1)對于地質(zhì)構(gòu)造出現(xiàn)變化的工作面要加強地質(zhì)預測預報工作,提前掌握工作面煤層要素,采取相關(guān)措施進行超前防護。

2)要樹立液壓支架“初撐力第一”的理念,嚴防倒架,特別是在坡度較大的地段,要使用液壓支柱配合進行主動擺架。

3)通過采用人工頂峒配合鋪設(shè)加強菱形網(wǎng)構(gòu)假頂作業(yè)方式,33417綜采工作面可以保證每天按照1刀煤進行生產(chǎn)組織,為條件類似工作面頂板管理提供借鑒。

4)通過對煤壁合理注膠加固,封閉裂隙,提高了酥軟煤幫的普氏系數(shù),控制滾幫寬度,減小了空頂懸臂長度,對控制頂板起到了有力作用。