大傾角孤島開采工作面端面煤巖體控制實(shí)踐

裴 暉

(山西汾西礦業(yè)集團(tuán)水峪煤業(yè)，山西 孝義 032300)

引 言

煤炭資源在我國能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中的比重一直占據(jù)主導(dǎo)地位，距測算，至2030年，煤炭在我國一次能源消費(fèi)中所占的比例仍會達(dá)到70%左右。但是，在我國一些服務(wù)年限較長的老礦區(qū)，隨著優(yōu)質(zhì)資源的不斷開采，一些淺埋煤層或近水平煤炭資源逐漸枯竭，因而不得不轉(zhuǎn)而開采深部、大傾角或其他復(fù)雜地質(zhì)條件的煤炭資源。同時，在開采過程中，由于地質(zhì)生產(chǎn)條件及采煤技術(shù)所限，有時候會不可避免地出現(xiàn)孤島工作面，孤島工作面的巷道支護(hù)及端面煤巖體控制受特殊礦山壓力影響，存在較大困難[1-3]。本文針對某礦大傾角孤島開采工作面的端面煤巖體控制問題展開研究。

1 工程概況

某礦1523工作面開采2#煤層，煤層傾角達(dá)25°～40°，且其臨近1521及1525工作面已回采完畢，為典型大傾角孤島開采工作面。本工作面煤層賦存穩(wěn)定，厚度平均2.7 m。煤層直接頂為泥巖及泥質(zhì)粉砂巖，厚2 m～6 m，節(jié)理裂隙發(fā)育，賦存不穩(wěn)定，老頂為中砂巖，厚3 m～10 m，底板為砂質(zhì)泥巖，厚3 m。工作面采用走向長壁后退式采煤法，采用全部垮落法管理頂板。影響生產(chǎn)的主要構(gòu)造為斷層和陷落柱，且由于工作面傾角大，礦山壓力顯現(xiàn)劇烈，同時工作面直接頂為泥巖及泥質(zhì)粉砂巖，須加強(qiáng)端面頂板管理。

2 端面煤巖體控制難點(diǎn)分析

1523工作面地質(zhì)條件復(fù)雜，除大傾角孤島開采外，工作面范圍內(nèi)還分布有落差在2.5 m以上的斷層3條，落差在1.6 m以下的斷層十余條，且由于缺乏孤島開采經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)致工作面推采速度較慢，且支架—圍巖工況較差，端面煤巖體控制困難，且在工作面推采初期，曾發(fā)生過較嚴(yán)重的端面冒頂事故，冒落范圍達(dá)到16 m，冒落高度最大處達(dá)到6 m，對礦井的安全高效回采造成了嚴(yán)重威脅，事故片幫冒頂狀況如圖1所示。

圖1 1523工作面片幫冒頂事故

根據(jù)工作面具體地質(zhì)生產(chǎn)條件，查閱相關(guān)文獻(xiàn)[4-6]，分析得出1523大傾角孤島開采工作面的端面煤巖體控制難點(diǎn)如下。

1) 支承應(yīng)力疊加。孤島開采工作面受相鄰兩側(cè)采空區(qū)側(cè)向支承應(yīng)力及本工作面推采超前支承應(yīng)力疊加影響，應(yīng)力環(huán)境復(fù)雜，在整個工作面范圍內(nèi)應(yīng)力呈現(xiàn)馬鞍形分布，垂直應(yīng)力集中系數(shù)值超過2.0，水平應(yīng)力集中系數(shù)值超過1.5。受應(yīng)力集中影響，支架—圍巖系統(tǒng)所承受的壓力成倍增加，當(dāng)超過系統(tǒng)承受上限或支架—圍巖工況較差時，就會導(dǎo)致支架—圍巖事故的發(fā)生，尤其是在頂板來壓期間，更是造成事故發(fā)生的頻發(fā)時期。

2) 端面煤巖體松散破碎。端面煤巖體節(jié)理裂隙發(fā)育，受疊加支承應(yīng)力影響，隨著工作面的推進(jìn)，超前支承壓力逐漸前移，對工作面前方的煤巖體形成應(yīng)力擾動，使原生裂隙燈結(jié)構(gòu)弱面不斷發(fā)育，并形成了大量的次生裂隙，產(chǎn)生原因包括支承壓力、頂板運(yùn)動和液壓支架支撐擾動等，在產(chǎn)生次生裂隙后端面煤巖塊體易沿著次生裂隙繼續(xù)發(fā)展，使得端面煤巖塊體承受較大剪力，并沿裂隙面發(fā)生剪切破壞，與內(nèi)部煤巖體逐漸脫離，此時，由于端面距的存在或支架支護(hù)不及時，脫離掉的煤巖塊失去支撐，即發(fā)生端面片幫冒頂。

3) 支架—圍巖工況較差。由于工作面傾角較大，支架支護(hù)傾角較大，支架自身沿垂直方向的分力較小，而沿傾向方向的分力增大，容易導(dǎo)致支架接頂不實(shí)、支撐弱化、支架擠架咬架甚至倒架等，特別是當(dāng)工作面發(fā)生片幫冒頂事故時，更會導(dǎo)致支架的支撐效果弱化，從而引起支架支護(hù)狀態(tài)與冒頂片幫事故的惡性循環(huán)。同時，由于工作面所使用的液壓支架服務(wù)年限較長，設(shè)備老化，故障頻發(fā)，支護(hù)可靠性差，加劇了支架—圍巖工況的惡化。

3 端面煤巖體控制綜合方案

1) 確保液壓支架的支護(hù)強(qiáng)度。對于普通工作面來說，支架的支護(hù)強(qiáng)度非常關(guān)鍵，而對于大傾角孤島工作面，其重要性更是不言而喻。必須保證支架初撐力不低于標(biāo)準(zhǔn)值，同時加強(qiáng)支架接頂管理，防止支架接頂不實(shí)，現(xiàn)場避免頻繁操作支架，同時使用帶壓擦頂移架，防止支架操作對頂板的頻繁擾動，惡化支架支護(hù)效果。

2) 確保液壓支架的支護(hù)狀態(tài)。保障支架的合理端面距至關(guān)重要，一般不得超過0.3 m，使用好前探梁及護(hù)幫板，對割煤后暴露的頂板及煤幫及時支護(hù)，同時對于頂梁臺階、支架錯距、擠架咬架、頂梁俯仰角等參數(shù)進(jìn)行合理控制，確保合理的支護(hù)狀態(tài)，當(dāng)出現(xiàn)端面冒頂片幫時應(yīng)及時接頂、護(hù)幫處理，防止因處理不及時導(dǎo)致事故惡化。

3) 確保支架故障的及時排除。液壓支架故障不可避免，尤其是對于服務(wù)年限較久的老舊支架，更應(yīng)該加強(qiáng)日常的故障排查及檢修，若支架出現(xiàn)千斤頂漏液、密封件失效、液壓元件內(nèi)外泄露以及出現(xiàn)其他構(gòu)件損壞，將對支架的工作狀態(tài)造成不利影響，應(yīng)及時加以排除。

4) 1523工作面在整個回采期間高度重視端面煤巖體控制及支架—圍巖工況的維護(hù)，在日常管理中異常強(qiáng)調(diào)支護(hù)強(qiáng)度的達(dá)標(biāo)、支架幾何位態(tài)的管理及液壓支架的日常維護(hù)，在后續(xù)的推采過程中僅發(fā)生局部輕度片幫冒頂事故，且均在1個生產(chǎn)班內(nèi)處理完畢，未發(fā)生大范圍嚴(yán)重冒頂片幫事故，保障了工作面的安全順利生產(chǎn)。

4 結(jié)語

孤島開采工作面防范冒頂片幫事故的關(guān)鍵在于控制良好的支架—圍巖關(guān)系，支架—圍巖關(guān)系控制失效，就會導(dǎo)致端面冒頂片幫事故的發(fā)生及惡性循環(huán)。現(xiàn)場管理中應(yīng)著重加強(qiáng)液壓支架的支護(hù)狀態(tài)，確保支架有效接頂，同時對于支架擠架、咬架現(xiàn)象及時處理，防止出現(xiàn)倒架事故，還應(yīng)加強(qiáng)液壓支架的故障維修，防止支架因故障而導(dǎo)致的支護(hù)失效。同時還應(yīng)重視微小事故，對于小范圍的片幫、冒頂現(xiàn)場提高重視，及時處理，防止事故的惡化，從而避免嚴(yán)重事故的發(fā)生。