大采高“三軟”煤層綜采工作面快速末采實踐

韓建鋒

(山西晉城無煙煤礦業集團有限責任公司 寺河礦,山西 晉城 048205)

目前,寺河礦正處于“一礦兩井”開采階段,面臨著西井區較東井區瓦斯含量更大、“三軟”煤層發育雙重性開采現狀。文章以典型西二盤區W2302工作面為工程實踐背景,總結探討大采高工作面快速末采技術方案經驗和安全措施,為寺河礦東、西兩井打造高瓦斯千萬噸精品礦井提供技術支撐,同時也給晉城礦區西部新建特大型礦井類似工作面安全、順利、快速通過構造提出參考依據。

1 工作面背景

W2302工作面傾斜長度為295.3 m,走向長度為904.2 m,煤層厚度6.3 m。末采前已提前施工主撤通道,通道高4 m,寬3.8 m。根據坑透及現場綜合分析,2#坑透異常區:影響范圍為推進度180 m～247.2 m之間,坑透顯示場強衰減值為-10～-20。根據此區域的千米鉆孔及地質資料綜合分析,該坑透異常區受向斜軸部的影響,為應力集中及頂板破碎帶,此區域的軟煤發育、頂板較破碎,瓦斯賦存異常,回采時,將會出現片幫、冒頂等現象。

2 工作面快速末采技術措施

為保證該工作面在“三軟”煤層快速高效的末采,在充分利用以往末采經驗的基礎上,結合本工作面實際地質條件,確定采用工作面沿頂抬底調整采高,同時在工作面軟煤區片幫大的區域、兩順槽三角區注漿加固煤體的工藝。主要涉及末采準備工作、煤體加固注漿、末采工藝、安全管理等方面。

2.1 末采準備工作

工作面推進剩余14 m開始末采上網。現場以地測實測進度,在工作面兩順槽距主撤通道里幫15 m～0 m掛牌標記。較以往經驗,末采臨近主撤,采場周圍煤體擾動大,頂板壓力顯現明顯。末采前及末采期間必須加強工作面兩順槽頂幫支護管理,補強支護、保證超前支護直線度和初撐力。末采前要求對工作面所有支架進行檢查,確保作業時支架不漏液、不竄液、不自動卸載,保證支架動作靈敏、可靠。末采前將末采所用材料全部準備到現場。末采上網前1 d～2 d,提前將工作面支架絞盤安裝完畢,支架頂梁小滑輪吊掛到位。上網前一天,將網運輸到順槽巷道內。末采上網停機前,將采煤機停在50#架—60#架,并將30#架—60#架范圍采煤機掃出空刀,以便于調整上網時采煤機能夠前后移動。

2.2 煤體注漿加固

兩順槽注化學漿維護三角區,注漿眼距5 m,眼深8 m,眼高2.5 m,注漿眼角度向上15°。主撤加固采用水泥漿和化學漿配合的方式。工作面推進剩余100 m時,先在主撤埋管注水泥漿,眼深20 m,眼距10 m,眼高2.5 m,角度15°。在推進剩余50 m時,注化學漿,眼深8 m,角度30°,高度2.5 m。工作面注漿加固:為保證14 m順利上網,工作面推進至17 m左右時,停機進行注漿,眼深6 m,眼高2.5 m,每5個支架施工1個注漿眼。注漿量控制在每孔2 t,或壓力達到10 MPa。

2.3 末采工藝

末采工藝是整個工程的核心工序,其合理安排直接影響順利末采。采用“煤礦井下用聚酯纖維增強塑料網假頂”進行末采。此網片沿傾斜方向使用四卷網,長度均為83 m,總共332 m,沿推進方向長度16 m,其中前5 m采用JD PET 600×400 MS的網片,后11 m采用JD PET 800×800 MS網片,為增加網的強度。網片中由廠家直接編好Φ12.5 mm的鍍鋅鋼絲繩8趟。末采工藝流程圖見圖1。

圖1 末采工藝流程圖Fig.1 Process flow chart of final production

其中關鍵步驟中柔性網配合采煤、移架的過程如圖2-圖4所示。

圖2 采煤機割煤前,將纖維網用手動絞盤絞起,開始割煤Fig.2 Before the cutting of coal cutter (the fiber net is winched with a manual capstan to start cutting)

圖3 采煤機割煤后,松開手動絞盤將纖維網放下,然后跟機拉架Fig.3 After the cutting of coal cutter (the fiber net is put down by loosing the manual capstan to pull back the bracket)

圖4 拉架后,將纖維網用手動絞盤絞起,采煤機返機清浮煤Fig.4 After pulling the bracket (the fiber net is winched by the manual capstan and the coal cutter returns to clean float coal)

2.3.1采高管理

保證上網的安全快捷,采高則是一個關鍵參數。因煤體酥軟,頂煤留不住,采用“抬底端頂”方式,即將工作面底板適當抬起,留0.5 m～1.0 m厚底煤,支架頂梁端直接頂，且保證采高降低到5.0 m～5.5 m之間。采用抬一刀平一刀的方法。施工方便,同時能夠使支架處于一個良好的支撐高度和支護效果。當煤層厚度不斷發生改變時,對采煤機司機調整采高及工程質量會提出更高的要求。嚴禁出現臺階、陡坡、凹坑而導致的倒架、歪架現象,同時每次拉架時支架工利用提底千斤提底，以防止支架鉆底。上網后,必須再次將底板調整,保證末采期間底板留煤不超過0.5 m,便于設備的回撤。

2.3.2施工上網錨桿

為保證上網安全、在每個支架護幫板之間煤幫施工2個～3個樹脂幫錨桿護幫,每架施工一個頂錨桿作為掛網吊點的頂錨桿,頂錨桿采用Φ18-M20-2 000 mm特制圓鋼錨桿,并且在錨桿外露部分安裝一頭開口的馬蹄,方便掛網。施工時,在工作面安裝12臺頂鉆、18臺幫鉆,三人一臺頂鉆,兩人一臺幫鉆。4 h可施工完畢。若工作面出現連續數架頂板破碎無法施工錨桿時,可在頂板破碎段兩側前梁位置施工4.4 m錨索作為吊點,使用40T鏈將2寸鋼管吊于兩側錨索上,用2寸鋼管作為上網的吊點。

2.3.3運輸機運網方法

采用工作面刮板輸送機逐卷進網的方式,進一卷掛一卷。使用40T鏈將網頭與刮板運輸機鏈條豎環聯接，然后啟動運輸機運網。

2.3.4割煤貫通

上網后割煤貫通過程中,利用聯接網頭和檢修設備期間，對工作面煤體破碎、片幫嚴重區域再次進行加固注漿。如仍然片幫大、頂板破碎造成冒頂,第一時間停運刮板輸送機，使用單體柱戧在支架頂梁與護幫板之間,形成一個三角形支點逼住煤幫，防止大量矸石冒落壓死刮板運輸機。開機后用采煤機割底刀通過頂板破碎帶。

3 安全管理

為了確保W2302(西段)工作面末采貫通工程的安全順利施工,W2302(西段)工作面末采貫通專項辨識,共辨識出安全風險32項,其中重大安全風險2項,較大安全風險7項,一般風險4項,低風險19項,并針對各項安全風險制定了管控措施,保證了末采有效進行。

4 結束語

寺河礦W2302大采高工作面末采14 m停機上網至末采結束共計3 d時間。未發生任何人員傷亡事故,具有明顯的經濟效益和社會效益。大采高“三軟”煤層末采工藝的成功實踐,為類似地質構造條件開采積累了寶貴的經驗和提供了有效的安全技術。